本文關(guān)鍵詞：基于隨機(jī)響應(yīng)面法的結(jié)構(gòu)整體可靠度與全局靈敏度分析

  更多相關(guān)文章： 多項(xiàng)式混沌展開 隨機(jī)響應(yīng)面 高階矩法 整體可靠度 全局靈敏度

【摘要】：建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)及建造過程中其實(shí)際尺寸及材料強(qiáng)度等存在著諸多不確定性,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的受力性能具有隨機(jī)性。同時(shí),結(jié)構(gòu)在服役過程中承受的風(fēng)、雪及地震等荷載也具有強(qiáng)烈的不確定性。兩方面不確定性共同作用,使得結(jié)構(gòu)在荷載作用下的失效存在著偶然性,因此對結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體可靠度及全局靈敏度分析是有必要的,得到的可靠指標(biāo)與靈敏度指標(biāo)可以作為設(shè)計(jì)時(shí)的參考,提高結(jié)構(gòu)的可靠水平。結(jié)構(gòu)可靠度分析有多種方法,本文選用基于多項(xiàng)式混沌展開(Polynomial Chaos Expansions,PCE)的隨機(jī)響應(yīng)面法(Stochastic Response Surface Method,SRSM),該方法通過回歸分析獲得結(jié)構(gòu)的顯式代理模型,且在全域上均有較好的擬合效果。針對隨機(jī)響應(yīng)面法,本文進(jìn)行了如下的研究:(1)對基于PCE的隨機(jī)響應(yīng)面法基本原理進(jìn)行了梳理分析,確定了隨機(jī)響應(yīng)面建立的流程,并將不同的產(chǎn)生篩選配點(diǎn)的方法進(jìn)行了對比分析,總結(jié)了各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。(2)基于所建立的隨機(jī)響應(yīng)面模型,通過蒙特卡洛模擬(Monte Carlo Simulation,MCS)求解結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)。提出了基于廣義?分布的可靠度高階矩法,通過算例分析比較了基于最大熵的高階矩法,給出了所提方法的適用范圍,分析了影響結(jié)果精度的因素。將隨機(jī)響應(yīng)面與可靠度高階矩法相結(jié)合,通過狀態(tài)變量的統(tǒng)計(jì)矩分析及概率分布函數(shù)的擬合,得到了結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)。(3)進(jìn)行了基于隨機(jī)響應(yīng)面法的結(jié)構(gòu)全局靈敏度研究。當(dāng)考慮的輸入變量過多時(shí),建立隨機(jī)響應(yīng)面模型所需的計(jì)算量較大,因此本文通過隨機(jī)響應(yīng)面計(jì)算基于方差分析(Analysis of Variance,ANOVA)的全局靈敏度,得到了各輸入變量對狀態(tài)變量的影響,通過將影響極小的變量視為定值,降低了計(jì)算成本。此外,將隨機(jī)響應(yīng)面法求得的靈敏度指標(biāo)與蒙特卡洛法和擬蒙特卡洛(Quasi-Monte Carlo)法的結(jié)果進(jìn)行了對比分析,驗(yàn)證該方法的精度。(4)進(jìn)行了基于隨機(jī)響應(yīng)面法的RC框架結(jié)構(gòu)整體抗震可靠度與全局靈敏度研究。為了解隨機(jī)響應(yīng)面法在實(shí)際工程中的應(yīng)用效果,本文建立了層數(shù)不同的三種鋼筋混凝土(Reinforce Concrete,RC)框架,通過基于PCE的隨機(jī)響應(yīng)面法,對結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了基于承載能力極限狀態(tài)和變形能力極限狀態(tài)的整體抗震可靠度及全局靈敏度分析,并與蒙特卡洛模擬法的結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗(yàn)證了其精度,證明了其適用性。通過本文的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)選取的展開階數(shù)和配點(diǎn)數(shù)目足夠時(shí),所建立的隨機(jī)響應(yīng)面模型能夠較好地代替原模型,求得的可靠指標(biāo)基本能達(dá)到精度要求,同時(shí)獲得的靈敏度分析結(jié)果基本符合工程經(jīng)驗(yàn)判斷。
【關(guān)鍵詞】：多項(xiàng)式混沌展開 隨機(jī)響應(yīng)面 高階矩法 整體可靠度 全局靈敏度
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU311.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 課題來源及研究背景、目的及意義11-12
• 1.1.1 課題來源11
• 1.1.2 課題背景及研究目的和意義11-12
• 1.2 多項(xiàng)式混沌展開的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 結(jié)構(gòu)整體可靠度及全局靈敏度分析的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 結(jié)構(gòu)整體可靠度研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 結(jié)構(gòu)全局靈敏度研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容及研究框架18-20
• 1.4.1 本文主要研究內(nèi)容18-19
• 1.4.2 本文研究框架19-20
• 第2章 基于PCE的隨機(jī)響應(yīng)面法和配點(diǎn)分析20-36
• 2.1 引言20
• 2.2 基于PCE的隨機(jī)響應(yīng)面法基本原理20-25
• 2.2.1 PCE的基本原理20-21
• 2.2.2 基于PCE的隨機(jī)響應(yīng)面法21-23
• 2.2.3 非正態(tài)隨機(jī)變量處理方法23-25
• 2.3 隨機(jī)響應(yīng)面法的常用配點(diǎn)方法及對比分析25-35
• 2.3.1 常用配點(diǎn)方法26-27
• 2.3.2 配點(diǎn)篩選方法27-29
• 2.3.3 不同配點(diǎn)方法對比分析29-35
• 2.4 本章小結(jié)35-36
• 第3章 基于隨機(jī)響應(yīng)面的結(jié)構(gòu)可靠度高階矩法36-61
• 3.1 引言36
• 3.2 基于隨機(jī)響應(yīng)面的可靠度高階矩法基本原理36-39
• 3.2.1 結(jié)構(gòu)可靠度的狀態(tài)變量模型36-37
• 3.2.2 基于隨機(jī)響應(yīng)面的狀態(tài)變量統(tǒng)計(jì)矩求解37-38
• 3.2.3 基于隨機(jī)響應(yīng)面的可靠度高階矩法計(jì)算流程38-39
• 3.3 改進(jìn)的結(jié)構(gòu)可靠度高階矩法39-47
• 3.3.1 基于最大熵原理的高階矩法39-40
• 3.3.2 基于廣義 λ 分布的高階矩法40-42
• 3.3.3 兩種方法的對比分析42-47
• 3.4 算例分析47-59
• 3.4.1 二維二階多項(xiàng)式功能函數(shù)47-50
• 3.4.2 二維三階多項(xiàng)式功能函數(shù)50-51
• 3.4.3 指數(shù)型非線性功能函數(shù)51-54
• 3.4.4 均布荷載懸臂梁54-56
• 3.4.5 六變量非線性功能函數(shù)56-58
• 3.4.6 簡單門式剛架58-59
• 3.5 本章小結(jié)59-61
• 第4章 基于隨機(jī)響應(yīng)面的結(jié)構(gòu)全局靈敏度分析61-73
• 4.1 引言61
• 4.2 基于方差的Sobol’全局靈敏度指標(biāo)61-64
• 4.2.1 Sobol’靈敏度指標(biāo)61-62
• 4.2.2 基于擬蒙特卡洛法的Sobol’靈敏度指標(biāo)求解62-64
• 4.3 基于隨機(jī)響應(yīng)面的結(jié)構(gòu)全局靈敏度分析64-65
• 4.3.1 基于隨機(jī)響應(yīng)面的Sobol’靈敏度指標(biāo)求解64-65
• 4.3.2 計(jì)算流程65
• 4.4 算例分析65-72
• 4.4.1 二維三階多項(xiàng)式功能函數(shù)65-66
• 4.4.2 指數(shù)型非線性功能函數(shù)66-69
• 4.4.3 六變量非線性功能函數(shù)69-70
• 4.4.4 簡單門式剛架70-72
• 4.5 本章小結(jié)72-73
• 第5章 基于隨機(jī)響應(yīng)面的RC框架整體可靠度及全局靈敏度分析73-92
• 5.1 引言73
• 5.2 RC框架的設(shè)計(jì)、建模及力學(xué)性能分析73-78
• 5.2.1 RC框架的基本設(shè)計(jì)資料73-74
• 5.2.2 RC框架有限元建模及動(dòng)力特性分析74-75
• 5.2.3 RC框架非線性Pushover分析75-76
• 5.2.4 RC框架能力譜法抗震性能分析76-78
• 5.3 結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)的整體可靠度及全局靈敏度分析78-85
• 5.3.1 結(jié)構(gòu)整體承載能力極限狀態(tài)函數(shù)78-79
• 5.3.2 基于隨機(jī)響應(yīng)面的結(jié)構(gòu)整體承載能力抗震可靠度分析79-82
• 5.3.3 基于隨機(jī)響應(yīng)面的結(jié)構(gòu)整體承載能力全局靈敏度分析82-85
• 5.4 結(jié)構(gòu)變形能力極限狀態(tài)的整體可靠度及全局靈敏度分析85-91
• 5.4.1 結(jié)構(gòu)整體變形能力極限狀態(tài)函數(shù)85-86
• 5.4.2 基于隨機(jī)響應(yīng)面的結(jié)構(gòu)整體變形能力抗震可靠度分析86-89
• 5.4.3 基于隨機(jī)響應(yīng)面的結(jié)構(gòu)整體變形能力全局靈敏度分析89-91
• 5.5 本章小結(jié)91-92
• 結(jié)論92-94
• 參考文獻(xiàn)94-101
• 致謝101-102

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張開銀;;隨機(jī)響應(yīng)中自由衰減信號的獲取方法[J];武漢水運(yùn)工程學(xué)院學(xué)報(bào);1993年01期

2 冷小磊,李軍強(qiáng),孫木楠,方同;隨機(jī)剪切柱在地震激勵(lì)下的演變隨機(jī)響應(yīng)[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2002年03期

3 方同,冷小磊,李軍強(qiáng),孫木楠,張?zhí)焓?孫懷江;演變隨機(jī)響應(yīng)問題的統(tǒng)一解法[J];振動(dòng)工程學(xué)報(bào);2002年03期

4 曾德順;厚圓柱殼的非軸對稱隨機(jī)響應(yīng)[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1996年03期

5 方同,孫木楠,張?zhí)焓?車輛由路面激發(fā)的演變隨機(jī)響應(yīng)[J];振動(dòng)工程學(xué)報(bào);1997年01期

6 孫木楠,方同,馬大為,張福祥;虧損系統(tǒng)的時(shí)域隨機(jī)響應(yīng)分析[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(bào);1999年02期

7 馬國亮;陳立群;;某型導(dǎo)彈隨機(jī)響應(yīng)仿真與控制研究[J];導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù);2014年01期

8 李軍強(qiáng),劉曙遠(yuǎn),方同;演變隨機(jī)響應(yīng)問題的工程實(shí)用數(shù)值解法[J];西安石油學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年04期

9 黃淑萍;;基于觀點(diǎn)法的譜隨機(jī)有限元分析——隨機(jī)響應(yīng)面法(英文)[J];計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào);2007年02期

10 趙薇;張義民;;具有隨機(jī)路徑的振動(dòng)傳遞路徑系統(tǒng)的隨機(jī)響應(yīng)分析[J];振動(dòng)與沖擊;2009年02期

中國重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 陳建兵;;復(fù)雜多自由度結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)與可靠性的高效概率密度演化分析[A];第七屆全國動(dòng)力學(xué)與控制青年學(xué)者研討會(huì)論文摘要集[C];2013年

2 徐偉;劉迪;許勇;;隨機(jī)混亂周期激勵(lì)下具有實(shí)冪率指數(shù)剛度項(xiàng)的黏彈系統(tǒng)的隨機(jī)響應(yīng)[A];中國力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

3 姚宏;鄒毅;李穎;;受控磁懸浮系統(tǒng)非線性隨機(jī)響應(yīng)分析[A];第七屆全國非線性動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議和第九屆全國非線性振動(dòng)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2004年

4 陳建兵;張圣涵;李杰;;非線性結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)概率密度演化分析[A];第九屆全國動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議手冊[C];2012年

5 李耀明;葉紅玲;張顏明;隋允康;;利用有限元軟件進(jìn)行虛擬正弦掃頻試驗(yàn)與隨機(jī)響應(yīng)分析試驗(yàn)方法的研究[A];北京力學(xué)會(huì)第20屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2014年

6 李圓偉;趙麗濱;;兩種隨機(jī)響應(yīng)的計(jì)算方法對比[A];北京力學(xué)會(huì)第19屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

7 杜永峰;李慧;;基于隨機(jī)響應(yīng)的隔震結(jié)構(gòu)簡化模型參數(shù)識別改進(jìn)[A];隨機(jī)振動(dòng)理論與應(yīng)用新進(jìn)展——第六屆全國隨機(jī)振動(dòng)理論與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2008年

8 曾巖;李剛;;高斯白噪聲和泊松白噪聲激勵(lì)下有界隨機(jī)響應(yīng)的非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];中國力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

9 江洋;石永久;王元清;;大跨結(jié)構(gòu)地震多點(diǎn)輸入的隨機(jī)響應(yīng)[A];第六屆全國土木工程研究生學(xué)術(shù)論壇論文集[C];2008年

10 易桂蓮;杜家政;隋允康;;約束阻尼處理板殼結(jié)構(gòu)的動(dòng)力仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)[A];北京力學(xué)會(huì)第15屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李軍強(qiáng);演變隨機(jī)響應(yīng)問題的統(tǒng)一解法及應(yīng)用[D];西北工業(yè)大學(xué);2000年

2 冷小磊;線性隨機(jī)系統(tǒng)演變隨機(jī)響應(yīng)問題研究及隨機(jī)Duffing系統(tǒng)中分叉與混沌初探[D];西北工業(yè)大學(xué);2002年

3 徐明;碰振/滯遲隨機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)與可靠性研究[D];浙江大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 尉霄騰;一般積分型粘彈性耗能結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)及地震作用取值的解析法研究[D];廣西大學(xué);2015年

2 彭利明;雙穩(wěn)振動(dòng)能量收集器件的隨機(jī)響應(yīng)分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];浙江大學(xué);2015年

3 潘相鋒;粘彈性阻尼耗能減震結(jié)構(gòu)隨機(jī)響應(yīng)分析[D];廣西科技大學(xué);2015年

4 宋彥;基于隨機(jī)響應(yīng)面法的結(jié)構(gòu)整體可靠度與全局靈敏度分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 趙歡;預(yù)測大型復(fù)雜非線性結(jié)構(gòu)地震隨機(jī)響應(yīng)方差的計(jì)算方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

6 岳娟;非線性體系隨機(jī)響應(yīng)計(jì)算的確定性積分方法[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

7 何利強(qiáng);非線性系統(tǒng)非平穩(wěn)隨機(jī)響應(yīng)的兩種計(jì)算方法[D];西南交通大學(xué);2007年

8 李軍;固支半球殼的隨機(jī)響應(yīng)求解[D];南京航空航天大學(xué);2010年

9 劉穎;基于隨機(jī)響應(yīng)面法的結(jié)構(gòu)可靠度研究[D];廣西大學(xué);2008年

10 戴美想;遲滯阻尼振動(dòng)系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

，

本文編號：819156