一种非概率区间干涉时变可靠性分析方法技术

本发明专利技术提出一种非概率区间干涉时变可靠性分析方法，应用该方法无须参数的具体分布即可对结构的时变可靠性进行评估，为结构时变可靠性分析提供参考。首先，基于非概率区间理论，将任意时刻结构应力与强度转换为区间变量的形式。其次，结合应力‑强度干涉理论，将结构应力与强度区间转换为标准化区间，不同时刻结构极限状态函数与标准化区间的关系将发生变化。根据结构极限状态函数与标准化区间的关系，定义区间干涉时变可靠性指标η∈[0,+∞)。η＝0表示储罐处于失效状态，0＜η＜1表示储罐的可靠度，η≥1表示储罐的安全裕度。最后，通过与区间可靠性及应力‑强度干涉可靠性方法进行对比分析，验证本发明专利技术提出的非概率区间干涉时变可靠性评估方法的有效性。

A non probability interval interference time-varying reliability analysis method

The invention provides a non probability interval interference time-varying reliability analysis method, by which the time-varying reliability of the structure can be evaluated without the specific distribution of parameters, providing a reference for the time-varying reliability analysis of the structure. Firstly, based on the non probability interval theory, the structural stress and strength at any time are transformed into interval variable. Secondly, according to the theory of stress intensity interference, the relationship between the limit state function and the normalized interval will change at different times. According to the relationship between the limit state function and the standardized interval, the interval interference time-varying reliability index \u03b7\u2208 [0, + \u221e) is defined. \u03b7 = 0 indicates that the tank is in failure state, 0 < \u03b7 < 1 indicates the reliability of the tank, and \u03b7 \u2265 1 indicates the safety margin of the tank. Finally, the effectiveness of the non probability interval interference time-varying reliability evaluation method proposed by the present invention is verified by comparative analysis with interval reliability and stress \u2011 strength interference reliability method.

【技术实现步骤摘要】
一种非概率区间干涉时变可靠性分析方法
本专利技术属于结构可靠性分析领域，是一种非概率区间干涉时变可靠性分析方法。
技术介绍
在结构服役期内，由于腐蚀、老化及外界随机载荷等因素的影响，结构的可靠性不再是传统模型下的单一数值，通常表现出时变特性。结构时变可靠性分析主要基于跨越率的方法，但由于其复杂的积分运算，很难在工程实际中进行有效的应用。蒙特卡罗、等效随机过程变换、基于交叉熵的自适应采样及应力-强度干涉等基于概率随机过程的方法，也是时变可靠性分析中常用的方法。然而，概率可靠性分析在很大程度上依赖于参数的概率密度函数，如果由于缺乏数据而主观对概率密度函数进行假设，所得分析结果难以令人信服。20世纪90年代，Ben-haim[Ben-haimHY.Anon-probabilisticmeasureofreliabilityoflinearsystemsbasedonexpansionofconvexmodels[J].StructuralSafety,1995,17(2):91-109.]首次提出基于凸模型理论的结构可靠度概念，将工程结构中的有界不确定参数表示为凸模型的形式。1995年，Elishakoff[ElishakoffI.Discussionon:Anon-probabilisticconceptofreliability[J].StructuralSafety,1995,17(3):195-199.]将应力上界与屈服应力之比定义为非概率安全系数，应用区间理论对非概率安全性进行了分析。2001年，Guo等人[GuoSX,LvZZ.IntervalArithmeticandStaticIntervalFiniteElementMethod[J].AppliedMathematics&Mechanics,2001,22(12):1390-1396.]将不确定参数量化为区间变量，提出将原点到极限状态面的最短距离定义为非概率可靠度的方法。2003年，Qiu等人[QiuZP,WangXJ.Comparisonofdynamicresponseofstructureswithuncertain-but-boundedparametersusingnon-probabilisticintervalanalysismethodandprobabilisticapproach[J].InternationalJournalofSolids&Structures,2003,40(20):5423-5439.]将非概率区间方法与概率方法进行了比较，证明了区间理论与概率理论分析结果的一致性。非概率理论处理不确定问题的巨大优势，引起了理论界和工程界的广泛关注，为结构时变可靠性分析提供了重要参考。本专利技术的优势在于，无须参数的具体分布即可对结构的时变可靠性进行分析。η＝0时，储罐处于失效状态，0＜η＜1时，储罐处于非完全可靠状态，η表示其可靠度，η≥1时，储罐处于完全可靠状态，η表示其安全裕度。与区间可靠性分析方法相比，依据本专利技术提出的方法，可有效改善区间可靠性分析方法对结构非完全可靠状态分析过于保守的问题。
技术实现思路
本专利技术为一种非概率区间干涉时变可靠性分析方法，将结构应力与强度转换为标准化区间，根据结构极限状态函数与标准化区间的关系定义区间干涉时变可靠性指标，对结构的时变可靠性进行分析。本专利技术主要包括：步骤一、确定结构应力与强度区间变量。基于非概率区间理论，将任意时刻结构应力与强度转换为区间变量的形式。步骤二、结构应力与强度标准化区间转换。基于应力-强度干涉理论，将任意时刻结构应力与强度转换为标准化区间。步骤三、区间干涉时变可靠性指标定义。根据结构极限状态函数与标准化区间的关系，定义区间干涉时变可靠性指标。步骤四、区间干涉可靠性评估方法验证分析。结合结构强度幂指数退化模型实例，验证本专利技术方法的有效性。其特征在于：(1)基于非概率区间理论，将任意时刻结构应力与强度转换为区间变量的形式。(2)基于应力-强度干涉理论，将任意时刻结构应力与强度区间转换为标准化区间。(3)根据结构极限状态函数与标准化区间的关系，定义区间干涉时变可靠性指标。(4)结合结构强度幂指数退化模型，对本专利技术提出方法的有效性进行验证分析。本专利技术的优势是：本专利技术的优势在于，无须参数的具体分布即可对结构的时变可靠性进行分析。η＝0时，储罐处于失效状态，0＜η＜1时，储罐处于非完全可靠状态，η表示其可靠度，η≥1时，储罐处于完全可靠状态，η表示其安全裕度。与区间可靠性分析方法相比，依据本专利技术提出的方法，可有效改善区间可靠性分析方法对结构非完全可靠状态分析过于保守的问题。附图说明图1区间干涉时变可靠性分析方法框架；图2应力强度区间与标准化区间关系示意图；图3极限状态函数与标准化区间关系示意图；图4k＝2时可靠性指标变化示意图；图5k＝1时可靠性指标变化示意图；图6k＝1/2时可靠性指标变化示意图；图7k＝0时可靠性指标变化示意图；图8示例结构应力与强度区间参数；图9R(X,T)＝260MPa时结构可靠性指标；图10R(X,T)＝250MPa时结构可靠性指标；具体实施方式结合附图对本专利技术的非概率区间干涉时变可靠性分析方法做进一步详细描述。步骤一、确定结构应力与强度区间变量。基于非概率区间理论，将任意时刻结构应力与强度转换为区间变量的形式。为闭实区间，x与为区间上下界，如果区间运算规则可表示为T为结构服役周期，t∈[0,T]为结构服役时间。结构强度R与结构应力S在不确定因素的影响下，结构的状态函数可表示为M＝R(X,t)-S(Y,t)(5)式中：M＞0表示完全可靠状态，M＜0表示非完全可靠状态，M＝0表示结构极限状态函数。X＝{X1,X2,…,Xn}为与结构强度相关的参数区间，与Xi为区间上下界。Y＝{Y1,Y2,…,Ym}为与结构应力相关的参数区间，与Yj为区间上下界。则结构强度区间变量R(X,t)与结构应力区间变量S(Y,t)可表示为步骤二、结构应力与强度标准化区间转换。基于应力-强度干涉理论，将任意时刻结构应力与强度区间转换为标准化区间。结构强度区间变量R(X,t)与结构应力区间变量S(Y,t)可表示为R(X,t)＝Rc(X,t)+Rr(X,t)δR(8)S(Y,t)＝Sc(Y,t)+Sr(Y,t)δS(9)式中：0≤δR≤1与0≤δS≤1分别为R(X,t)与S(Y,t)的标准化区间变量。则结构状态函数M可表示为M＝Rr(X,t)δR-Sr(Y,t)δS+Rc(X,t)-Sc(Y,t)(10)结构极限状态函数M＝0可表示为由式(11)可得，M＝0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非概率区间干涉时变可靠性分析方法，包括：/n步骤一、确定结构应力与强度区间变量。/n步骤二、结构应力与强度标准化区间转换。/n步骤三、区间干涉时变可靠性指标定义。/n步骤四、区间干涉可靠性评估方法验证分析。/n其特征在于：/n步骤一、基于非概率区间理论，将任意时刻结构应力与强度转换为区间变量的形式。/n步骤二、基于应力-强度干涉理论，将任意时刻结构应力与强度转换为标准化区间。/n步骤三、根据极限状态函数与标准化区间的关系，定义区间干涉时变可靠性指标。/n步骤四、结合结构强度幂指数退化模型实例，验证本专利技术方法的有效性。/n

【技术特征摘要】
1.一种非概率区间干涉时变可靠性分析方法，包括：
步骤一、确定结构应力与强度区间变量。
步骤二、结构应力与强度标准化区间转换。
步骤三、区间干涉时变可靠性指标定义。
步骤四、区间干涉可靠性评估方法验证分析。
其特征在于：
步骤一、基于非概率区间理...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛腾达，赵玉龙，段永胜，崔村燕，赵继广，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京;11