[發明專利]一種高維結構系統可靠度計算方法

在審

• 申請號: 202110726420.8
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113609717A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 張旭;倪問池
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/08;G06F119/02
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種高維結構系統可靠度計算方法，屬于土木工程、海洋工程技術領域，所述方法包括：分析辨識高維結構系統的所有結構失效模式，求解獲取各失效模式的可靠度指標，以及失效模式兩兩之間的相關系數；將各失效模式按照其可靠度指標從小到大進行排序；按順序每次計入一個新的失效模式，并將所有失效模式作為一個等效失效模式組，兩者形成二維失效模式組；采用所提出的二維串聯系統計算公式，得到整個結構體系的失效概率，利用失效概率與可靠度的關系可求得系統的可靠度；本發明綜合考慮了系統中各失效模式之間相關性、可靠度指標及其之比值等因素對計算結果的影響，有效抑制了現有方法中造成的高維系統計算結果誤差發散的問題。

技術領域

本發明涉及一種高維結構系統可靠度計算方法，屬于土木工程、海洋工程技術領域。

背景技術

在土木工程及海洋工程領域中，存在許多橋梁、海洋平臺、大型建筑等，這些均屬于復雜的結構體系，一般由眾多結構構件及失效模式組成。眾多失效模式之間存在相關性，為設計及運行階段從整體評估系統可靠度帶來了挑戰。因此開展結構體系可靠性分析方法的研究顯得尤為重要。

現已經研究發展了多種結構體系可靠度計算的方法，包括直接積分方法、響應面法、隨機有限元法、蒙特卡洛抽樣計算方法等。但是由于實際結構的復雜性、概率信息的不完備性、認知的局限性、實驗樣本實驗數據的不充分性或失效曲面高度非線性等因素的存在，以至于現有的一些結構可靠度計算方法在精度與效率兩者之間受到制約，從而使可靠性分析方法應用到工程實踐中比較有限。故為了降低結構體系可靠性分析方法中存在的缺陷，完善現有的可靠性分析方法或者尋找新的可靠性分析方法，盡可能在保證高維結構體系計算效率的基礎上提高可靠度近似計算方法的計算精度是必要的。

現有近似方法在面對高維結構系統或失效模式間相關性較強時，計算結果的相對誤差達到50％以上，因此，提出新的高維結構體系可靠度計算方法對于結構系統在設計、運行等階段的可靠度高效高精度評估具有重要意義。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域普通技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種高維結構系統可靠度計算方法，綜合考慮了系統中各失效模式之間相關性、各失效模式可靠度指標及其之比值等因素對計算結果的影響，從而解決了現有近似方法中造成的高維系統計算結果誤差發散的問題。

技術方案：本發明提供了一種高維結構系統可靠度計算方法，包括如下步驟：

分析辨識待研究高維結構系統的所有結構失效模式，求解獲取各失效模式的可靠度指標，以及失效模式兩兩之間的相關系數；

將各失效模式按照其可靠度指標從小到大進行排序；

按順序每次計入一個新失效模式，并將前面已計入的所有失效模式作為一個等效失效模式組，兩者形成二維失效模式組，直到所有失效模式都被計入；

根據失效模式兩兩之間的相關系數確定所有新失效模式與等效失效模式組之間的等效相關系數；

根據得到的等效相關系數以及所提出的二維串聯系統計算公式迭代求解各二維串聯系統的失效概率，最終得到高維結構系統的失效概率，利用失效概率與可靠度的關系求得系統的可靠度。

進一步的，還包括根據結構可靠度理論，建立各失效模式的極限狀態方程G_i＝R_i-S_i，其中，R_i代表抗力，S_i代表響應力；