结构中的构件可靠度分析方法研究

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组成结构系统的各构件的可靠度称为结构系统中的构件可靠度,简称为结构中构件可靠度。本文主要研究结构中的构件功能函数不能够表示为影响单元功能的基本随机变量的显式函数时构件可靠度,又称为结构单元可靠度。传统的一次二阶矩方法计算可靠度时需要求解功能函数的偏导数,因此不能够直接用于求解隐式功能函数结构单元的可靠度。经典可靠度计算方法中能够处理隐式功能函数的方法主要包括蒙特卡洛法、响应面法和矩方法。目前有学者提出了基于有限元的嵌入式算法和分离式算法用于计算结构单元可靠度。虽然说嵌入式算法和分离式算法在理论上是可行的,但是在实际运用中存在很多困难,本文提出了基于有限元的蒙特卡洛法、响应面法和矩方法。基于有限元的蒙特卡洛法适用范围广泛,计算结果可靠,其结果可以作为近似的精确解。与蒙特卡洛法相比,基于有限元的响应面法和矩方法计算结果相对误差均较小,能够满足工程可靠度计算的精度要求。蒙特卡洛法计算可靠指标所需时间代价随着杆件可靠指标的增加而增加,求解时间依赖于可靠指标结果。相对的,响应面法和矩方法则不存在这一问题,与蒙特卡洛法相比具有明显的计算效率。当工程结构复杂,杆件增多时,响应面法需要对每个杆件构造响应面函数,计算变得更加复杂。与响应面法相比,矩方法在求解可靠指标的过程中时间代价更低,能够一次性求解所有单元的可靠指标。基于有限元的矩方法是最为简便的方法,最适合于工程结构的单元可靠度计算。本文编写了基于矩方法的结构梁柱单元可靠度计算专用程序,该程序通用性较强,对于不同工程结构仅需对程序稍加改动即可用于计算结构单元可靠指标。利用以上程序计算了钢框架结构梁柱单元的可靠指标。
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