[發(fā)明專利]一種串聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)體系非概率失效度計算方法

有效

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• 申請日: 2019-05-15
• 公開（公告）號: CN110135063B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 喬心州;王兵;常青青;趙悅;黃興;楊果
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所 61213
• 代理人: 譚文琰

本發(fā)明公開了一種串聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)體系非概率失效度計算方法，包括步驟：一、建立描述不確定性因素的多維橢球模型；二、獲取不確定性因素的多維歸一化等價橢球模型；三、獲取不確定性因素的多維等價單位圓球模型；四、計算多維等價單位圓球模型的體積；五、確定串聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)體系各失效模式的功能函數(shù)；六、獲取具有單位系數(shù)向量的線性功能函數(shù)；七、計算串聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)體系的非概率失效度。本發(fā)明通過逐次用一個失效模式等效結(jié)構(gòu)體系中的兩個失效模式，將求解多個失效模式失效域體積最終轉(zhuǎn)化為求解兩個失效模式失效域體積，從而給出結(jié)構(gòu)體系失效度的點估計值，在保障足夠精度的基礎上有效降低了失效度求解過程的計算量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于串聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)體系非概率失效度計算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種串聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)體系非概率失效度計算方法。

背景技術(shù)

桁架是由若干桿件鉸接而成的結(jié)構(gòu)體系，因其桿件僅受軸向拉力或壓力，受力工況優(yōu)于鋼架、框架和排架等結(jié)構(gòu)，更能夠充分發(fā)揮材料的性能，從而節(jié)省材料、減輕重量，所以在大型工程機械和結(jié)構(gòu)，如航空機械、起重機、橋梁和建筑等中被廣泛應用。在設計和制造過程中，桁架結(jié)構(gòu)會不可避免的存在與材料屬性、幾何尺寸、邊界條件和載荷等相關(guān)的不確定性，若忽略這些參數(shù)的不確定性就會導致所設計的結(jié)構(gòu)因尺寸偏小而不能滿足實際的可靠性要求。為科學地考慮結(jié)構(gòu)中的不確定性，現(xiàn)已發(fā)展了概率可靠性分析、模糊可靠性分析和非概率可靠性分析三種不確定性分析技術(shù)。其中非概率可靠性分析技術(shù)以其所需試驗樣本點少、可靠性分析精度高等特點在一些試驗難度大、試驗成本高、可靠性要求也較高的領(lǐng)域備受青睞。鑒于此，非概率可靠性分析技術(shù)成為處理桁架結(jié)構(gòu)中不確定性的有效途徑，現(xiàn)有的非概率可靠性分析技術(shù)多是針對單失效模式結(jié)構(gòu)，如構(gòu)造函數(shù)法、一階近似和二階近似法等。但由于大型桁架結(jié)構(gòu)的工況十分復雜，導致其往往存在多種失效模式，且桁架結(jié)構(gòu)是一種典型的多失效模式串聯(lián)的結(jié)構(gòu)，而針對多失效模式結(jié)構(gòu)的非概率可靠性分析技術(shù)尚不完善。盡管蒙特卡洛數(shù)值模擬的有效性在多失效模式結(jié)構(gòu)可靠性分析的理論研究中得到驗證，但因其計算量較大導致求解效率極低而難以應用于實際工程問題中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種串聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)體系非概率失效度計算方法，通過逐次用一個失效模式等效結(jié)構(gòu)體系中的兩個失效模式，將求解多個失效模式失效域體積最終轉(zhuǎn)化為求解兩個失效模式失效域體積，從而給出結(jié)構(gòu)體系失效度的點估計值，在保障足夠精度的基礎上有效降低了失效度求解過程的計算量，解決了多失效模式構(gòu)成的共失效域體積求解難的問題，其適用面廣且應用前景廣泛，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種串聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)體系非概率失效度計算方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、建立描述不確定性因素的多維橢球模型：采用數(shù)據(jù)處理器對不確定性因素建立多維橢球模型，得到多維橢球模型其中，X為不確定性因素向量且X＝(X₁,X₂,...,X_n)^T，n為不確定性因素編號且n等于所述不確定性因素向量X的維數(shù)，X_i為第i個不確定性因素，i為正整數(shù)且i的取值范圍為1～n，表示第i個不確定性因素X_i取值的區(qū)間，為不確定性因素X_i的下界，為不確定性因素X_i的上界，X⁰為多維橢球不確定域中心點向量且為第i個不確定性因素X_i的取值區(qū)間中點，Ω_x為用于確定多維橢球的形狀和方向的多維橢球的特征矩陣且ρ_ij為第i個不確定性因素X_i和第j個不確定性因素X_j之間的相關(guān)系數(shù)，j為正整數(shù)且j的取值范圍為1～n，且當i＝j時，ρ_ij＝1，為第i個不確定性因素X_i的區(qū)間半徑且Rⁿ為n維的實數(shù)域；

步驟二、獲取不確定性因素的多維歸一化等價橢球模型，過程如下：