学术前沿活动大型复杂结构可靠度分析

姓名学号学生类别专业成绩导师签名专题讲座或学术报告题目大型复杂结构可靠度分析报告人时间地点内容记录：随着人类文明和现代科学技术的发展，大型复杂结构得到了普遍的应用和迅速的发展。作为重要的基础设施或公共设施，它们的安全性对于设施的正常运行乃至公众的生命财产安全都是至关重要的，因此其安全性受到格外重视。结构可靠度的各种研究成果广泛应用于航空航天、建筑等等各个领域之中，对各领域之中安全问题的研究起到了不可替代的作用。以下介绍几种研究结构可靠度的方法。1一次二阶矩法一次二阶矩法应称为一次均值二阶矩法。一次是指结构功能函数在随机变量的均值点按泰勒级数展开为一个线性函数；二阶矩是指概率积分近似只采用了随机变量的均值和二阶矩（方差或互相关函数）。计算结构可靠指标的一次二阶矩法以其快速、高效、简洁的优点得到了工程界的广泛认可，被国际安全度联合委员会(JCSS)推荐使用。对于通常的问题来说，如果问题的非线性程度较低，该方法十分有效，经过数次迭代就能够得到较高精度的计算结果。2两点自适应法在结构优化设计中，一个十分成功的经验就是构造原始问题的高精度近似，然后通过求解一系列的高精度近似来求得原问题的解。利用此经验，WangLP，GrandhiRV.提出了两点自适应法拟合失效曲面的算法:引入中间变量向量，把它表示成标准正态随机变量的幂函数形式(指数为r)，并引入一个整数对坐标做平移，以避免因底数出现负数而导致运算不能进行的情况。非线性实型指数r根据极限状态函数与其一阶Taylor近似展开式在前一迭代点的函数值相等的关系求出。这样，利用中间变量的桥梁作用把极限状态曲面用标准正态变量显式近似表示出来，最后对该近似曲面用一次二阶矩法求可靠指标。3蒙特卡罗(MonteCarlo)法蒙特克洛模拟方法本质上是一种数值模拟过程，也可称之为数值模拟方法，是结构可靠度分析的基本方法之一。在各种基础随机变量概率分布特性已知的情况下，通过多次进行采样分析，从而对目标变量的值进行估计，采样次数越多，则目标估计值的精度也就越高，但相对计算量也会增大。在研究系统结构可靠性，尤其是大型结构可靠性时，该方法具有模拟的收敛速度与基本随机向量的维数无关、极限状态函数的复杂程度与模拟过程无关、无需将状态函数线性化和随机变量当量正态化、能直接解决问题、数值模拟的误差可由模拟次数和精度较容易地加以确定的特点。该法既可用来分析确定性问题，也可用来分析不确定问题。由于具有相对精确的特点，除用于一些复杂情况的可靠度分析外，也常用于各种近似分析方法的计算结果校核。近年来，经过科技人员的努力，各种结合蒙特卡罗法降低方差的技巧应运而生，如对偶变量法、分层采样法、重要抽样法等均尽可能地减少了模拟抽样数，提高了计算效率，如图解渐进法和MonteCarlo递进法。4响应面法目前可靠度分析中的大多数方法如数值积分方法和一次二阶矩法等都是针对结构功能函数的显式表达的。而实际工程中，由于结构本身结构复杂，作用形式多样，结构功能函数通常是高度非线性的隐式函数，无法给出明确的数学解析式，这是直接应用上述方法进行结构可靠度分析就会遇到困难。蒙特卡洛法可用来求解此类问题，但由于寻妖成千上万次模拟，显得很不经济。响应面法师求解此类问题的一种有效方法，他是一种统计学的综合试验技术，可用于处理复杂系统的输入与输出的转换关系问题。它采用有限次数值试验，通过回归拟合解析表达式来代替结构功能函数，再结合传统可靠度方法进行可靠度分析。响应面函数形式的选取是其关键步骤，它应满足两方面要求：一方面，响应面函数数学表达式在基本能够描述真实函数的前提下应尽可能简单，以避免可靠度分析过于复杂；另一方面，应在响应面函数中设计尽可能少的待定系数以减少结构的工作量，并能足够灵活地反映各种不同的真实曲面形状。根据响应面函数形式不同，响应面法可以分为多项式响应面法、人工神经网络响应面法和支持向量机响应面法。5结语目前，构件及结构点可靠度的计算方法已日趋完善，随着可靠度理论的进一步深入，点可靠度的计算已不能满足工程实际的需要。结构可靠度分析特别是大型复杂结构的可靠度分析，是实现这种设计规范的基础与前提。在大型复杂结构的可靠度分析中，不仅极限状态函数是设计变量的高度非线性的隐式函数，而且结构分析本身就是一个非常复杂的过程。随着新规范的实施和设计的深入，大型复杂结构体系可靠度引起了研究人员更多的关注，他们将体系可靠度应用到工程结构的安全设计中，并逐步将其与结构的优化设计理论相结合。注：每篇小结报告不少于500字，博士研究生要求8篇，硕士研究生要求3篇，报告由各学院留存。