結(jié)構(gòu)可靠度響應(yīng)面法研究及其工程應(yīng)用.pdf

1、隨著可靠度理論的研究與發(fā)展，目前的計(jì)算方法與成果非常多，但研究的目標(biāo)和方向基本一致，主要就是減少結(jié)構(gòu)功能函數(shù)計(jì)算次數(shù)和提高結(jié)構(gòu)可靠指標(biāo)的計(jì)算精度。一次二階矩法是常用的可靠度計(jì)算方法，但工程實(shí)際結(jié)構(gòu)中，功能函數(shù)一般很難直接表達(dá)成隨機(jī)變量的顯式函數(shù)，此時(shí)常采用蒙特卡羅法或響應(yīng)面法計(jì)算結(jié)構(gòu)的可靠度?；谟邢拊拿商乜_法，其結(jié)果可以作為結(jié)構(gòu)可靠度計(jì)算的近似精確解，但其主要缺點(diǎn)是計(jì)算成本大和耗時(shí)長(zhǎng)。響應(yīng)面法基本思想是通過(guò)數(shù)學(xué)函數(shù)模型和統(tǒng)計(jì)學(xué)的方

2、法來(lái)模擬結(jié)構(gòu)的顯式功能函數(shù)表達(dá)式，然后采用常規(guī)的可靠度計(jì)算方法求解結(jié)構(gòu)可靠度。關(guān)于響應(yīng)面法，目前主要研究的方向有:函數(shù)模型的選取、確定中心點(diǎn)的位置和樣本點(diǎn)的選取以及計(jì)算可靠指標(biāo)的迭代策略。
　　本文研究的主要內(nèi)容概括為以下幾點(diǎn):
　　1.詳細(xì)介紹了可靠指標(biāo)的常規(guī)計(jì)算方法，如均值一次二階矩法、改進(jìn)一次二階矩法、HL法、JC法、響應(yīng)面法和蒙特卡羅法。另外，在蒙特卡羅法的介紹中，詳細(xì)敘述了蒙特卡羅法的三種抽樣方法:直接抽樣法、重要

3、抽樣法和方向抽樣法。在常用方法學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，提出了基于對(duì)數(shù)變換的可靠指標(biāo)計(jì)算方法。該方法基于隨機(jī)變量均服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，且功能函數(shù)表達(dá)式滿足一定要求的情況下，將功能函數(shù)對(duì)數(shù)線性化，來(lái)計(jì)算可靠指標(biāo)。最后，通過(guò)三道例題驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　2.簡(jiǎn)要介紹了傳統(tǒng)的響應(yīng)面法的基本思想，并詳細(xì)敘述了選取樣本點(diǎn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。在傳統(tǒng)響應(yīng)面法的基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)響應(yīng)面法，其基本思想是采用驗(yàn)算點(diǎn)處的泰勒展開(kāi)式作為功能函數(shù)模型，選取特定的中心點(diǎn)

4、并通過(guò)中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到樣本點(diǎn)，構(gòu)造功能函數(shù)的顯式表達(dá)式計(jì)算可靠指標(biāo)。最后，對(duì)三道例題進(jìn)行分析，驗(yàn)證了該方法的有效性與高效性。
　　3.分析了一個(gè)18.5m的高壓輸電塔結(jié)構(gòu)，建立了結(jié)構(gòu)的有限元模型，并計(jì)算了結(jié)構(gòu)重力荷載和四種方向風(fēng)荷載作用。以結(jié)構(gòu)桿件的橫截面尺寸和基本風(fēng)壓作為隨機(jī)變量，結(jié)構(gòu)桿件的局部穩(wěn)定性作為失效模式，采用本文改進(jìn)響應(yīng)面法、帶交叉項(xiàng)的二次多項(xiàng)式響應(yīng)面、Kriging法和蒙特卡羅重要抽樣法計(jì)算了結(jié)構(gòu)可靠度，并將結(jié)果