结构可靠度分析的均匀设计响应面法

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1、第28卷第7期Vol.28No.7工程力学2011年7月July2011ENGINEERINGMECHANICS109文章编号：1000-4750(2011)07-0109-08结构可靠度分析的均匀设计响应面法*吕大刚，贾明明，李刚(哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨150090)摘要：均匀设计和正交设计在试验次数相近的情况下，前者所选试验点均匀性更好，也更具代表性。该文将均匀设计与响应面法相结合，提出了结构可靠度的数值模拟新方法：基于均匀设计的响应面法、均匀设计响应面与蒙特卡罗抽样相结合的混合

2、模拟法；介绍了利用均匀设计选取试验点构造响应面方程，求解可靠度的流程。结合一个门式框架的可靠度问题，基于ANSYS实现了上述新方法，并与经典的可靠度数值模拟方法进行了对比分析。均匀设计响应面法构造的结构极限状态函数精度更高、偏差更小，同时基于均匀设计响应面的混合模拟法不仅精度高，还可以大大提高试验效率。关键词：结构可靠度；均匀设计；响应面法；混合模拟法；门式框架中图分类号：TU311.4文献标志码：AUNIFORMDESIGNRESPONSESURFACEMETHODFORSTRUCTURALR

3、ELIABILITYANALYSIS*LUDa-gang,JIAMing-ming,LIGang(SchoolofCivilEngineering,HarbinInstituteofTechnology,Harbin150090,China)Abstract:Thechosenexperimentpointsofauniformdesign(UD)isgenerallymoreuniformandrepresentativethananorthogonaldesign(OD),eventhoug

4、hinthecasethatthetrialnumbersofthetwoexperimentdesignmethodsarenear.Inthispaper,anewnumericalsimulationmethodforstructuralreliabilityanalysesisfirstlyproposed,whichincorporatesauniformdesignintotheconventionalresponsesurfacemethod,hereinnamedasunifor

5、mdesignresponsesurfacemethod(UDRSM).Andthen,ahybridsimulationmethod(HSM)combingMonteCarloSimulation(MCS)andUDRSMisputforward.Thesimulationprocessofthenewmethodincludesthefollowingsteps:(1)choosingtestingpoints,(2)constructingresponsesurfaceequation,a

6、nd(3)calculatingstructuralreliability.ThetwonewmethodsareallimplementedinANSYSbyusingthedeterministicfiniteelementmethod.Aportalframeistakenasanumericalexample.Theaccuracyandefficiencyofthenewmethodsaredemonstratedbycontrastingthenewproposedmethodwit

7、htheclassicalnumericalsimulationmethodsincludingMonteCarlosimulation(MCS)andorthogonaldesignresponsesurfacemethod(ODRSM).ItisshownthatthelimitstatefunctionofUDRSMismoreaccuratethanothermethods,andthatHSMismoreefficientthanothers.Keywords:structuralre

8、liability;uniformdesign;responsesurfacemethod;hybridsimulationmethod;portalframe———————————————收稿日期：2009-10-30；修改日期：2010-05-13基金项目：国家自然科学基金重大研究计划项目(90715021)；国家自然科学基金项目(50978080，50678057，51008089，50108005)；地震行业科研专项基金项目(200808073)；北京市自然科学基金项目(8082013)