結構可靠度分析理論中的驗算點法 中心點法 界限估計法 概率網路估計法各有何特點,如何理解?

時間 2021-06-03 07:42:58

1樓:夏毅萌

【萌2275】1、驗算點法的特點是能夠考慮非正態的隨機變數,可對可靠度β進行精度較高的近似計算,求得滿足極限狀態方程的「驗算點」設計值,因此是結構可靠度計算中採用最為廣泛的方法之一。

2、中心點法的最大特點是計算簡便,不需進行過多的數值計算。但也存在明顯的缺陷:不能考慮隨機變數的分布概型;將非線性功能函式在隨機變數的平均值處展開不合理,隨機變數的平均值不一定在極限狀態曲面上;對有相同力學含義但不同數學表示式的極限狀態方程求得的結構可靠度不同。

因此,中心點法計算的結果比較粗糙,一般常用於結構可靠度計算精度要求不高的情況。

3、界限估計法的特點是利用概率論的基本原理,劃定結構體系失效概率的上、下限,是一種近似計算結構體系可靠度的方法。區間估計法中最有代表性的是寬界限法和窄界限法。寬界限法實質上沒有考慮構件間或失效模式間的相關性,所以給出的界限往往較寬,因此常被用於結構體系可靠度的初始檢驗或初略估算。

窄界限法由於考慮了失效模式間的相關性,所以得出的失效概率界限範圍要比寬界限法小得多,因此常用來校核其他近似分析法的精確度。

4、概率網路估計法的特點是由於考慮失效模式間的相關性,因此具有一定的適應性,同時選擇代表失效模式進行體系可靠度分析,可大大減少計算工作量。

二、Monte-Carlo法在結構可靠度分析中的應用有何困難,發展前景如何?

Monte-Carlo法:蒙特·卡羅方法,也稱統計模擬方法,是二十世紀四十年代中期由於科學技術的發展和電子計算機的發明,而被提出的一種以概率統計理論為指導的一類非常重要的數值計算方法。是指使用隨機數(或更常見的偽隨機數)來解決很多計算問題的方法。

能夠有效解決各種複雜難解的數學問題,但運用此法時需模擬足夠多次數,工作量大,需要計算機運用。Monte-Carlo法存在一很大的缺點,那就是計算收斂速度比較慢的問題。尤其是在對複雜的地下結構工程進行可靠性分析時,這一計算效率低的問題就顯得更為突出,因為要上萬次甚至幾十萬次地呼叫有限元程式進行計算,在微機上常常要花費十幾小時甚至幾天的時間進行運算。

Monte-Carlo可靠性分析方法的計算效率問題,已成為該法能否在結構工程中廣泛應用的關鍵所在。

2樓:

【安2170】

中心點法:最大特點是計算簡便,概念明確。但仍存在以下不足:

①該方法沒有考慮有關隨機變數的實際概率分布,而只是採用其統計特徵值進行運算。當變數分布不是正態或對數正態分佈時,計算結果與實際情況有較大出入。

②對於非線性功能函式,在平均值處按泰勒級數展開不太合理,而且展開後只保留了線性項,這樣勢必造成較大的計算誤差。

③對於同一道題,如採用不同形式的功能函式,可靠度指標計算值可能不同,有時甚至相差較大。中心點法計算的結果比較粗糙,一般常用於結構可靠度計算精度要求不高的情況。

驗算點法:作為中心點法的改進,驗算點法適合範圍更廣,對於非線性功能函式,線性化近似不是選在中心點處,而是選在失效邊界上,即以通過極限狀態方程上的某一點的切平面作線性近似,以提高可靠指標的計算精度。此外還考慮變數實際概率分布,並通過」當量正態化「途徑,將非正態變數化為正態變數,使可靠指標能真實反映結構的可靠性。

界限估計法:該方法在特殊情況下利用概率論的基本原理,劃定結構體系失效概率的上、下限,是一種近似計算結構體系可靠度的方法。區間估計法中最有代表的是寬界限法窄界限法

寬界限法實質上沒有考慮構件間或失效模式間的相關性,所以給出的界限往往較寬,因此常被用於結構體系可靠度的初始檢驗或初略估算。窄界限法由於考慮了失效模式間的相關性,所得出的失效概率界限範圍要比寬界限法小得多,因此常用來校核其他近似分析法的精確度。

概率網路估計法:又稱PENT法,PENT法由於考慮了各失效模式間的相關性,因而具有一定的適應性,同時選擇代表失效模式進行體系可靠分析,可大大減少計算工作量。因此,PENT法已經成為延性結構體系可靠度分析較為可行的方法。

Monte-Carlo法在結構可靠度分析中的應用有何困難,發展前景如何?

蒙特卡洛模擬法又稱統計試驗方法或隨機模擬法,它是一種直接求解的數值方法,迴避了可靠度分析中的數學困難。在目前的結構體系可靠度分析方法中,他被認為是一種相對精確的方法。但運用這種方法時,必須模擬足夠多的次數,計算工作量大。

可以預見,隨著計算機的普及,這一方法將會得到更為廣泛的推廣。

3樓:兵2125

【兵2125】前來答題

驗算點法:驗算點法即改進一次二階矩法,他將可靠指標定義為標準正態空間內座標原點到極限狀態曲面的最短距離,使得對於同一失效面建立失效方程的不同表示式可以達到唯一的可靠指標。其最大優點是保證了同一結構可靠指標的唯一性。

缺陷是要求所有參加計算的隨機變數都必須是正態分佈

中心點法:中心點法是可靠度的理論研究初期提出的方法,該方法直接用功能函式的均值和標準差作商計算可靠標準,最突出的優點是不需要進行複雜的數值計算。缺點(1)是忽略了隨機變數的不同分布概型的差別。

(2)把非線性功能函式在隨機變數的均值點作為線性化點展開不合理論。(3)計算的結構可靠標準依賴於結構功能函式表示式,違背了可靠指標的唯一性原則。

界限估計法:界限估計法又名區間估計法是一種近似計算計算結構體系可靠度的方法,通常來處理構造複雜,失效模式很多,難以精確計算其可靠度的結構體系,一般分為寬界限法和窄界限法。

(1)寬界限法實質上沒有考慮構件間或失效模式間的相關性,所以給出的界限往往較寬,因此常被用於結構體系可靠度的初始檢驗或初略估算。

(2)窄界限法由於考慮了失效模式間的相關性,所以得出的失效概率界限範圍要比寬界限法小得多因此常用來校核其他近似分析法的精確度。

概率網路估計法:又稱PENT法,PENT法由於考慮了各失效模式間的相關性,因而具有一定的適應性,同時選擇代表失效模式進行體系可靠分析,可大大減少計算工作量。因此,PENT法已經成為延性結構體系可靠度分析較為可行的方法

Monte-Carlo法困難及前景

是最直觀、精確、獲取資訊最多、對高次非線性問題最有效的結構可靠度統計計算方法。它是一種直接求解的數值方法,迴避了可靠度分析中的數學困難。在目前的可靠度分析方法中,它被認為是一種相對精確的方法。

但是運用這種方法時,模擬的次數N要足夠大,才能使結果有意義,計算工作量很大。但是也有很多缺點最主要的就是計算收斂速度比較慢尤其是對較複雜的地下結構進行可靠度分析時,這一計算效率低的問題顯得更加突出,這也是該法能否廣泛使用的關鍵所在。

4樓:清水

【恆2112】

蒙特卡洛模擬法現在遇到的主要困難是必須模擬足夠多的次數,計算工作量大,全靠人工計算幾乎不現實,所以必須要依靠計算機來實現。

發展前景:隨著計算機技術的發展以及計算機技術的普及,這種方法現在所遇到的問題都將迎刃而解,而且由於其計算思路並不複雜,只是重複運算,避免了可靠度分析中的數學困難,計算結果相對精確,故將來發展前景十分良好。

5樓:涼月若祭笙

陽2253

一、中心點法

中心點法最大的特點是計算簡便,概念明確,但仍然存在不足.。

1、該方法沒有考慮有關隨機變數的實際概念分布,而只採用其統計特徵值進行運算。當變數分布不是正態或對數正態分佈時,計算結果與實際情況有較大出入。

2、對於非線性功能函式,在平均值處按泰勒級數展開不太合理,而且展開後只保留了線性項,這樣勢必造成較大的計算誤差。

3、對於同一問題,如採用不同形式的功能函式,可靠指標計算值可能不同,有時甚至相差較大。

二、驗算點法

針對中心點法的主要缺點,國際結構安全度聯合委員會推薦了計算結構可靠指標更為一般的方法,稱為驗算點法,亦稱JC法。驗算點法適用範圍更廣,其主要特點是:對於非線性的功能函式,線性化近似不是選在中心點處,而是選在失效邊界上,即以通過極限狀態方程上的·某一點的切平面作線性近似,以提高可靠指標的計算精度。

此外該方法能考慮變數的實際概率分布,並通過當量正態化途徑,使可靠指標能真實反應結構的可靠性。

三、界限估計法

界限法分為寬界限法和窄界限法,寬界限法分為串聯體系和併聯體系,沒有考慮構件間或失效模式間的相關性,所給出的界限較寬,因此常被用於結構體系可靠度的初始檢驗或粗略估計。窄界限法實質上沒有考lü構件間或失效模式間的相關性,所給出的界限往往較寬,因此常被用於結構體系可靠度的初始檢驗或粗略估計。

四、概率網路估計法

又稱PENT法,該法考慮失效模式間的相關性,同時選擇代表失效模式進行體系可靠度分析,可大大減少計算工作量。

蒙特·卡羅方法(Monte Carlo method),也稱統計模擬方法,是二十世紀四十年代中期由於科學技術的發展和電子計算機的發明,而被提出的一種以概率統計理論為指導的一類非常重要的數值計算方法。又稱隨機模擬法,它是一種直接求解的數值方法,迴避了可靠度分析中的數字困難。被認為是一種相對精確的方法。

但是運用這種方法時必須模擬足夠的次數,計算工作量大。但是也有很多缺點最主要的就是計算收斂速度比較慢尤其是對較複雜的地下結構進行可靠度分析時,這一計算效率低的問題顯得更加突出,這也是該法能否廣泛使用的關鍵所在。

6樓:鬱楓沙

[文2131]前來答題

中心點法

1.計算簡便,概念明確。2. 該方法沒有考慮有關隨機變數的實際分布概率,而只採用其統計特徵值進行運算。當變數分布不是正態或對數正態分佈時,計算結果與時機情況有較大出入。

3. 對於非線性功能函式,在平均值處按泰勒集數展開不太合理,而且展開後只保留了線性項,這樣勢必造成較大的計算失誤。

4. 對於同乙個問題,如果採用不同形式的功能函式,可靠指標計算值可能不同,有時甚至相差很大。

驗算點法

作為中心點法的改進,驗算點法適合範圍更廣。

主要特點為:對於非線性的功能函式,線性化近似不是選在中心處,而是選在失效邊界上以提高可靠指標的計算精度。此外,該方法還能考慮變數的實際概率分布,並通過「當量正態化」途徑,使可靠指標能真實反映結構的可靠性。

界限估計法

通常用來處理構造複雜,失效模式很多,難以精確計算其可靠度的結構體系,一般採用區間估計法(包括C.A.Cornell寬界限法和O.

Ditlevsen窄界限法)在特殊情況下,利用概率論的基本原理來估算結構可靠度。

概率網格法又稱PENT法

該法考慮失效模式間的相關性,同時選擇代表失效模式進行體系可靠度分析,可大大減少計算工作量。

Monte-Calro法又稱統計實驗方法或隨機模擬法

它是一種直接求解的數值方法,迴避了可靠度分析中的數學困難。但運用這種方法時必須模擬足夠多的次數,計算工作量大。該方法發展前景很好,已經在金融工程學,巨集觀經濟學,計算物理學等領域應用廣泛。

因為該方法僅僅是對計算量有要求,完全可以預想,僅僅只需要編制乙個迴圈程式,就可以模擬出相應的次數,這僅僅是計算量的問題,隨著計算機的發展,運算速度的不斷加快,該方法將會有很大發展。

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