工程結構不確定性區(qū)間分析方法及其應用研究.pdf

1、通常的結構分析模型是建立在確定性物理意義上的，即把分析過程中各種因素作為確定性物理量來進行處理。但是，實際工程結構分析中存在各種各樣的不確定性，如果硬將這些不確定性因素作為確定性信息來處理，有時會得出矛盾的或很不合理的結果。隨機分析方法、模糊分析方法是已經(jīng)廣泛使用的工程結構不確定性分析方法，近年來區(qū)間分析方法逐漸為人們所熟知并成為一種新的工程結構不確定性分析方法，它主要用來研究具有區(qū)間特性的工程結構。區(qū)間分析方法在統(tǒng)計信息不足以描述不確

2、定參數(shù)的概率分布或隸屬函數(shù)、工程單位僅提供不確定參數(shù)的區(qū)間范圍而想獲得結構響應的區(qū)間范圍時就發(fā)揮了其優(yōu)點。本文針對當前區(qū)間分析方法中的熱點和難點進行了研究，并將其應用于工程結構計算中。主要工作內(nèi)容如下： 1）綜述了區(qū)間分析方法及其在工程結構不確定性分析中的應用狀況，將基于區(qū)間分析的工程結構不確定性問題的研究歸納為以下四個方面：不確定性的結構系統(tǒng)的區(qū)間有限元分析、基于區(qū)間的非概率可靠性分析、工程結構區(qū)間反演分析和基于區(qū)間參數(shù)的結構

3、優(yōu)化設計。 2）針對區(qū)間運算導致區(qū)間擴張問題，分析了截斷處理方法、運算順序處理方法，提出了子區(qū)間攝動處理方法，并給出了子區(qū)間攝動方法可以收斂到真解區(qū)間的說明。分析了區(qū)間有限元攝動解法、單調(diào)性組合解法等，提出了Monte-Carlo區(qū)間有限元方法和基于單元的子區(qū)間參數(shù)攝動有限元方法，并給出了可以獲得較為精確解區(qū)間的子區(qū)間劃分數(shù)目的計算公式；將區(qū)間有限元分析方法從一維的桿件結構分析拓廣到二維實體結構分析中。 3）遺傳算法對全

4、局搜索能力較強、局部搜索能力較弱，而模擬退火算法局部搜索能力較強、全局搜索能力較弱；文中將遺傳算法與模擬退火算法相結合給出了一種遺傳模擬退火算法，并編制了相應的程序；將該優(yōu)化方法應用于區(qū)間有限元優(yōu)化分析和區(qū)間反分析計算中。 4）基于Marc軟件分析非線性程度高、計算速度快的優(yōu)點，對其進行了二次開發(fā)，實現(xiàn)了網(wǎng)格及其計算數(shù)據(jù)的自動多次生成，以及巖土體非線性彈性和彈塑性本構模型、各種復雜邊界條件的施加等；提出了基于Marc軟件的區(qū)間參

5、數(shù)優(yōu)化的區(qū)間有限元分析方法，針對重力壩、地下隧洞結構進行了區(qū)間有限元優(yōu)化分析。 5）為了解某一參數(shù)的變化對結構響應的影響程度，提出了參數(shù)敏感性的區(qū)間分析方法，可以獲得模型參數(shù)對決策目標的敏感性因子矩陣；通過對一平面應變結構地基模型的分析，得出了土體Duncan-Chang E<,t>-V<,t>模型的八個參數(shù)的敏感性因子矩陣?？紤]量測信息的不確定性，針對線彈性結構，提出了參數(shù)攝動法區(qū)間有限元逆反分析模型、基于區(qū)間算法的區(qū)間有限元

6、反分析模型以及基于單元的參數(shù)攝動法區(qū)間有限元逆反分 析模型；對復雜的非線性問題，提出了基于Maurc軟件的區(qū)間有限元迭代優(yōu)化反分析模型。 6）對比分析了隨機可靠性、模糊可靠性和非概率區(qū)間可靠性的可靠指標的求法；提出了基于區(qū)間有限元分析方法的區(qū)間可靠指標的求解方法，并給出了一種區(qū)間穩(wěn)健可靠指標的求解方法，在求出區(qū)間可靠指標的同時，也求出了區(qū)間穩(wěn)健可靠指標；結合區(qū)間有限元優(yōu)化分析模型，將區(qū)間可靠性理論應用于地下結構可靠性分析中