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《中国工程物理研究院北京研究生部》 2002年
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随机结构有限元法及可靠性研究

郝志明  
【摘要】: 工程结构受生产加工及装配等工艺的影响,其材料性能、结构尺寸、边界条件等具有随机性,实际工作状态下的载荷与设计规定也有偏差。传统的确定性分析方法未能定量考虑这些随机因素的影响,经证明不够科学。因此,发展将确定性有限元法与随机分析理论结合的随机有限元法,分析在这些随机因素影响下复杂结构的响应,以失效概率评价结构的安全性就显得尤为重要。本文针对工程结构中的随机因素,开展了线性与非线性,静力和动力问题的随机有限元法,及以此为基础的结构可靠性研究。主要包括以下几方面的研究工作 1 随机有限元法研究 采用Cholesky分解变换或Gram-Schmidt特征正交化变换,将相关随机变量变换为独立的随机变量,再利用Monte Carlo抽样模拟,特别是采用Gram-Schmidt特征正交化变换法可大大缩减随机变量的数目,达到减少计算量的目的。 研究用谱描述的平稳与非平稳随机过程的三角级数模拟方法,对非平稳随机过程采用确定性函数与平稳随机过程乘积表示。 结合随机变量的Monte Carlo模拟法,随机场的局部平均法与随机过程的三角级数模拟法,用均值、方差、相关长度及功率谱等,可有效地描述随机变量、随机场、随机过程,及同时具有场与过程随机的变量。 回顾了线弹性、弹塑性及大变形几何非线性的静力、动力有限元法的基本方程及求解过程。在线性随机方程Neumann级数求解方法的基础上,结合非线性有限元分析方法,进一步研究了非线性随机方程的Neumann级数与增量逐步求解技术的结合的求解方法。该方法可用于求解非线性静力和动力随机问题,其简化形式也可分析线性静力和动力随机问题。证明了Neumann级数求解非线性随机问题的收敛性,同时给出了改进收敛性和计算效率的方法。算例表明了该方法具有较高精度和良好的应用潜力。 2结构可靠性研究 在最大熵法中需求解的随机变量的矩约束积分方程组具有高度非线性,通常的非线性方程组的求解方法不能收敛。为此,引入同伦算法,有效求解该积分方程组。通过理论分布的拟合实例表明最大熵法具有高精度,是结构可靠性分析中的一种良好的分析方法。 基于功能随机过程的极小化变换和首次超越概率,研究结构动力可靠性, 通过完全Moflte Carlo模拟比较表明,这两种方法具有较好的精度和较高的计算 效率。 研究了串联、并联及混合联接系统的可靠性分析方法。其中,在系统的动 力可靠性分析中引入极值变换法,可大大降低分布函数的维数;提出处理系统 可靠性中的高维累积分布函数的数值积分的Monte Carlo模拟法,使问题得到简 化,计算分析表明该方法十分有效。研究结构系统可靠性分析的截止枚举法, 通过截止枚举法可有效的识别对结构系统可靠性较大影响的主要失效模式,从 而简化系统可靠性计算。研究随机场的相关长度对系统可靠性分析的影响,指 出一般的结构可靠性分析问题在本质上是系统问题,只有在随机场相关长度相 对于结构尺寸很大和结构有应力集中等少数情况下,按点可靠性分析简化才有 较为符合实际的结果,而当前采用随机有限元法进行结构可靠性分析时往往忽 视了该问题。 3结构随机性与可靠性分析的程序研制 研制了结构随机性与可靠性分析的程序系统 SDA,该系统有 Von Mises、 Tresca、Mohr Coulomb和 D。ekerPrager等四种材料模型,可进行确定性、随 机性和可靠性分析。主要有以下几个方面的分析能力。 确定性分析。结构线弹性、弹塑性及大变形几何非线性的静力、动力响应 分析。 随机性分析和可靠性分析。随机分析方法:Neurnann随机有限元法和Monte car。随机有限元法;可考虑的随机因素有:材料随机性,弹性模量、泊松比、 屈服应力、密度、阻尼、硬化系数、强度等随机场模型;载荷随机性方面,随 机场和(或)过程模型;几何随机性,坐标的扰动随机场模型。SDA可求解结 构线弹性、弹塑性及大变形几何非线性的静力、动力问题结构响应的均值、方 差及点可靠性和系统可靠性。
【学位授予单位】:中国工程物理研究院北京研究生部
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TU311.3

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 于跃;基于三维地质分析模型的水电工程复杂坝基处理分析研究[D];天津大学;2010年
2 杨杰;非线性结构随机分析数值模拟的方法研究[D];西南交通大学;2004年
3 朱卫兵;固体火箭发动机药柱结构完整性及可靠性分析[D];哈尔滨工程大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 徐飞;叶片强度分析的随机有限元方法研究[D];华北电力大学(河北);2004年
2 王锦力;基于结构元、信息熵方法的网格结构静力及抗震分析[D];辽宁工程技术大学;2007年
3 李振华;起重机金属结构疲劳寿命预测与疲劳可靠性研究[D];西南交通大学;2009年
4 杨显峰;结构可靠度分析的高效响应面法研究[D];广西大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 邵军,程华,徐军;遗传算法在结构可靠性优化中的应用[J];四川建筑科学研究;2001年02期
4 梁建国,湛华;挑梁根部设钢筋混凝土柱时设计计算方法[J];四川建筑科学研究;2001年04期
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6 杨丽娜,车维毅,陈勉;连续变更第二定理在结构可靠性分析中的应用[J];四川建筑科学研究;2003年01期
7 李扬,高日,晏景通;自重对索网结构找形的影响[J];四川建筑科学研究;2003年02期
8 余志祥,蔡宏儒;索网结构有限元找形与参数分析[J];四川建筑科学研究;2004年02期
9 桂劲松,康海贵;结构可靠度计算的最优化方法及其Matlab实现[J];四川建筑科学研究;2004年02期
10 余志祥,刘家喜;某膜结构工程加固非线性分析[J];四川建筑科学研究;2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李辉;孙利平;雷龙;;板簧支架动态外载的计算和疲劳分析[A];第八届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集(下)[C];2011年
2 李东海;纪瀛皇;李明大;刘京宫;;一类分布参数系统的PID控制器设计[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
3 张宪标;汪沨;乐孟常;戴涛;;采用PIC法SF_6/N_2混合气体中绝缘子沿面放电特性仿真[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
4 欧阳玉平;洪添胜;文韬;孙同彪;;基于ANSYS的太阳能自动跟踪机构仿真及实验分析[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
5 苏成;徐瑞;;大型复杂结构非平稳随机振动时域显式法[A];全国结构振动与动力学学术研讨会论文集[C];2011年
6 李杰;;生命线工程研究中的关键力学问题——第十二届全国结构工程学术会议特邀报告[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅰ册[C];2003年
7 董聪;;模式失效概率计算的理论与方法(Ⅰ)[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
8 董聪;江见鲸;;结构智能健康诊断研究与进展[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
9 谢素明;李晓峰;兆文忠;李娅娜;;CAE建模与工程验证[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
10 龚友;王宪增;沈礼庆;;厢式半挂车有限元分析[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张春玉;预应力空间网格结构优化理论及可靠性分析[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭海涛;受水下爆炸载荷作用的船体结构可靠性研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 陈奇;基于分形理论的汽车变速箱齿轮接触强度研究[D];合肥工业大学;2010年
5 郑大腾;柔性坐标测量机空间误差模型及最佳测量区研究[D];合肥工业大学;2010年
6 白会娟;导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究[D];兰州大学;2010年
7 李方义;区间非概率多目标优化设计方法及其在车身设计中的应用[D];湖南大学;2010年
8 张鹏;双相钢电阻点焊性能特征与焊接机理研究[D];华中科技大学;2010年
9 潘健怡;铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究[D];华南理工大学;2010年
10 徐瑞;大型复杂结构非平稳随机振动分析方法研究[D];华南理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张学武;基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究[D];南昌航空大学;2010年
2 刘帅;大型渠道混凝土振动密实成型数值模拟研究[D];山东科技大学;2010年
3 韩福冬;再生混凝土基本力学性能的数理统计分析和可靠度研究[D];山东科技大学;2010年
4 胡艳卉;矿井地下水流场数值模拟及其应用研究[D];山东科技大学;2010年
5 王钊;桩—锚杆支护结构可靠性研究[D];山东科技大学;2010年
6 范子嘉;长脉冲激光与金属相互作用的热分析[D];长春理工大学;2010年
7 章长玖;公路桥梁车桥耦合振动分析[D];郑州大学;2010年
8 辛栋;纤维增强聚合物复合材料力学性能的数值预测[D];郑州大学;2010年
9 刘孝;在役梁桥优化维修决策研究[D];郑州大学;2010年
10 易明;地震作用下渡槽结构的动力可靠度分析[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 徐军,郑颖人;可靠度响应面有限元及其工程应用[J];地下空间;2001年S1期
2 王元有;推进剂药柱在内压力载荷下的应力、应变的粘弹性分析[J];兵工学报;1983年03期
3 沈庭芳,高呜,赵伯华;应力松弛模量与复模量转换计算的工程方法[J];兵工学报;1995年03期
4 王瑞臣,蔡汉文,崔秉贵,韩增尧;工程结构随机振动响应谱分析研究[J];北京理工大学学报;1998年01期
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7 彭第;孟玉红;王伟;张文;;水布垭水利工程基岩固结灌浆工艺的研究[J];长春工程学院学报(自然科学版);2006年02期
8 罗智勇;杨武年;;基于钻孔数据的三维地质建模与可视化研究[J];测绘科学;2008年02期
9 胥润生;高耸结构纵向地震力影响分析[J];重庆交通学院学报;2000年02期
10 刘观标;;用逐步模糊聚类分析法进行混凝土坝的位移预报[J];大坝观测与土工测试;1989年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 杨绿峰;刘萍;刘颖;唐冲;;大变异随机结构数值分析理论及其比较研究[A];随机振动理论与应用新进展——第六届全国随机振动理论与应用学术会议论文摘要集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 余波;基于极限承载能力和地震延性需求的结构可靠度研究[D];广西大学;2011年
2 张海联;固体火箭发动机药柱的粘弹性不确定结构分析[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
3 靳慧;工程机械金属结构系统疲劳可靠性分析研究[D];西南交通大学;2003年
4 黄炎生;随机有限元法及结构可靠性分析方法在大坝中的应用[D];华南理工大学;1995年
5 马风雷;随机有限元自动微分方法的研究[D];吉林大学;2008年
6 查小鹏;高耸结构风致疲劳安全预警的理论和方法[D];武汉理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
1 张书俊;基于频率可靠性约束的随机结构优化设计[D];国防科学技术大学;2001年
2 郭振伏;复合增程弹助推火箭推进剂药柱结构完整性分析[D];南京理工大学;2003年
3 吴小珍;铸造起重机主梁结构的疲劳寿命研究[D];武汉科技大学;2003年
4 王家林;固体火箭推进剂有限元理论分析与计算[D];哈尔滨工程大学;2003年
5 张永康;高层建筑体系竖向地震作用下的动力特性研究[D];西北工业大学;2005年
6 杨先勇;桥式起重机主梁疲劳寿命研究[D];武汉科技大学;2005年
7 刘军;基于递推随机有限元法的结构可靠度研究[D];武汉理工大学;2006年
8 刘颖;基于随机响应面法的结构可靠度研究[D];广西大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 唐宏;何慧珠;陈国光;;固体火箭发动机总体设计[J];中北大学学报(自然科学版);2012年03期
2 原渭兰;刘福友;潘浪;;固体火箭发动机在舰艇振动作用下的响应分析[J];海军航空工程学院学报;2009年03期
3 孙兵晓;常新龙;胡成荣;马章海;;固体火箭发动机密封结构随机有限元可靠性分析[J];火箭推进;2008年05期
4 陶炎文;贺利乐;张宏伟;王兴路;;基于灰色系统的塔式起重机疲劳寿命预测方法研究[J];机械科学与技术;2012年08期
5 彭春雷;郭凯;奚文骏;邱立军;;基于ANSYS概率分析的导弹结构可靠度计算[J];海军航空工程学院学报;2012年06期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 孟红磊;改性双基推进剂装药结构完整性数值仿真方法研究[D];南京理工大学;2011年
2 田四朋;固体火箭发动机药柱三维粘弹性随机有限元分析及概率贮存寿命预估[D];国防科学技术大学;2007年
3 李伟;大跨度斜拉桥静动力可靠度分析[D];华南理工大学;2010年
4 赵姝玮;弹性力学随机分析与可靠度分析样条虚边界元法研究[D];华南理工大学;2012年
5 王超;重力坝系统动力性态的随机数学分析[D];天津大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周诗洋;冶金桥式起重机静动态特性和疲劳寿命分析[D];武汉科技大学;2011年
2 阮晓峰;药柱大应变测量方法研究[D];南京理工大学;2012年
3 曹井新;固体火箭发动机药柱可靠性分析[D];哈尔滨工程大学;2007年
4 唐军;基于三维粘弹性有限元计算的固体火箭发动机装药结构完整性分析[D];国防科学技术大学;2007年
5 郭晨俊;动力装置的的动力学分析和受力计算的研究[D];中北大学;2008年
6 王金;固体火箭发动机含缺陷推进剂粘弹性力学行为分析[D];南京理工大学;2008年
7 职世君;固体火箭发动机粘弹性药柱裂纹分析[D];南京理工大学;2009年
8 张国强;基于神经网络的汽轮机末级叶片寿命预期[D];北方工业大学;2010年
9 赵威威;基于试验的在役塔式起重机疲劳寿命分析[D];大连理工大学;2012年
10 王建华;桥式起重机主梁结构时变可靠性评估方法研究[D];太原科技大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 李杰;随机结构动力分析的扩阶系统方法[J];工程力学;1996年01期
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【相似文献】
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2 诸德培,林富甲;飞机结构可靠性分析的若干问题[J];航空学报;1988年01期
3 李洪双;吕震宙;岳珠峰;;结构可靠性分析的支持向量机方法[J];应用数学和力学;2006年10期
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5 游世辉;钟志华;李光耀;邹传平;;基于随机无网格伽辽金法的结构可靠性分析[J];机械强度;2005年06期
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8 高行山,张汝清;有限变形弹性理论随机变量变分原理及有限元法[J];应用数学和力学;1994年10期
9 田艳芳;师义民;李凤;;基于模糊随机变量的结构可靠性分析[J];数学的实践与认识;2006年12期
10 徐军平;徐伟;;基于使用功能的模板支架结构可靠性分析[J];广东科技;2009年24期
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1 于英霞;张伟;;基于强度的环肋圆柱壳结构可靠性分析[A];中国钢结构协会海洋钢结构分会2010年学术会议暨第六届理事会第三次会议论文集[C];2010年
2 李桂青;;抗震结构可靠性分析[A];中国地震学会第三次全国地震科学学术讨论会论文摘要汇编[C];1986年
3 谢锦昌;;铁路隧道衬砌结构可靠性分析初探[A];工程结构可靠性——中国土木工程学会桥梁及结构工程学会结构可靠度委员会全国第三届学术交流会议论文集[C];1992年
4 游世辉;李雪芹;陈子娟;万小平;;结构可靠性分析的随机无网格法与蚂蚁算法[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
5 吴大宏;赵人达;;结构可靠性问题研究的新进展[A];交通土建及结构工程计算机应用学术研讨会论文集[C];2001年
6 李乐铭;唐顺娟;;桩的垂直承载力的可靠性分析[A];工程结构可靠性——中国土木工程学会桥梁及结构工程学会结构可靠度委员会全国第二届学术交流会议论文集[C];1989年
7 李大华;;地震动峰值统计结果在抗震结构可靠性分析中的应用[A];工程结构可靠性——中国土木工程学会桥梁及结构工程学会结构可靠度委员会全国第三届学术交流会议论文集[C];1992年
8 宋强辉;刘东升;赵燕明;;基于ANSYS概率设计系统的嵌岩桩承载力可靠性分析[A];第二届全国岩土与工程学术大会论文集(下册)[C];2006年
9 许萍;张思俊;;沿海码头控制构件中的动态结构可靠性分析[A];第四届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1995年
10 刘建华;董聪;张玉玲;;基于ANSYS软件的斜拉桥结构可靠性分析[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张崎;基于Kriging方法的结构可靠性分析及优化设计[D];大连理工大学;2005年
2 马洪波;随机结构可靠性分析和优化设计研究[D];西安电子科技大学;2004年
3 白影春;考虑认知不确定性的结构可靠性分析方法研究[D];湖南大学;2013年
4 郑严;基于智能算法的结构可靠性分析及优化设计研究[D];西南交通大学;2012年
5 Chau Minh Quang(周明光);基于径向基函数的结构可靠性分析算法研究[D];湖南大学;2013年
6 黄炎生;随机有限元法及结构可靠性分析方法在大坝中的应用[D];华南理工大学;1995年
7 安宗文;基于通用生成函数的离散化应力—强度干涉模型研究[D];电子科技大学;2009年
8 赵维涛;飞行器结构可靠性分析与优化设计研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 张雷;基于神经网络技术的结构可靠性分析与优化设计[D];吉林大学;2004年
10 孙海龙;结构可靠性分析区间模型的若干问题研究[D];南京航空航天大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曹阳;随机有限元法在典型舱段结构可靠性分析中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
2 余永康;深埋软弱围岩隧道支护结构可靠性分析[D];重庆大学;2010年
3 谭立娟;结构可靠性分析及基于响应面法的工程应用研究[D];山东大学;2010年
4 戚毅婷;基于随机有限元的框架结构可靠性分析[D];昆明理工大学;2012年
5 李松超;基于改进响应面法的飞机结构可靠性分析[D];沈阳航空航天大学;2012年
6 刘静;基于Fourier正交基神经网络改进响应面法的结构可靠性分析[D];吉林大学;2013年
7 何嘉仁;既有结构可靠性分析系统的研究与应用[D];华南理工大学;2010年
8 马洪波;基于概率的杆系结构可靠性分析及优化设计[D];西安电子科技大学;2001年
9 胡晓鹏;结构构件抗力的调查统计与住宅结构可靠性分析[D];西安建筑科技大学;2005年
10 郑建校;基于神经网络技术的局部应力集中的结构可靠性分析[D];吉林大学;2005年
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