基于直接概率积分法的列车-轨道-桥梁系统随机分析 被引量：3

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作者 刘虎兵 宋力 +2 位作者 徐磊 蒋丽忠 余志武 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期669-680,共12页

由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系... 由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系统随机性能分析,建立列车-轨道-桥梁空间振动分析模型,采用轨道不平顺概率模型和谱表达-随机函数的方式在有限随机变量空间中实现轨道不平顺随机过程的高效模拟。引入概率密度积分方程和直接概率积分法发展了列车-轨道-桥梁系统随机动力方程和相应的计算求解策略。基于MATLAB实现了列车-轨道-桥梁随机振动的直接概率积分法分析程序,计算了全概率不平顺激励和参数随机条件下车-轨-桥系统振动响应的均值、标准差和时变的概率密度信息。研究结果表明:与概率密度演化分析方法相比,直接概率积分法可较好地反映行车过程中系统响应的概率密度特征,然而其在系统响应随机后处理时更为高效,其效率可提高1~2个数量级。此外,考虑轨道不平顺全概率激励更能准确地反映行车过程系统响应的概率特征,平均概率谱可能使得计算结果偏于保守;行车速度对于列车和桥梁动态行为的影响是显著的,随着行车速度的增加系统响应的范围逐渐变大。研究结果进一步拓展了列车-轨道-桥梁随机系统的分析方法,可以高效地用于系统状态评估和设计优化。 展开更多

关键词 直接概率积分法 列车-轨道-桥梁相互作用 随机分析 谱表达-随机函数法

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基于直接概率积分法的水下航行器随机动力响应高效分析

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作者 陈翰澍 陈国海 +1 位作者 杨迪雄 傅卓佳 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1796-1806,共11页

海洋是人类的资源宝库,随着海洋资源的不断发掘,海洋资源的探测与合理开发成为了当今世界各国广泛关注的热点,水下航行器的勘测活动也随之逐渐增多.然而,海洋环境具有极强的随机不确定性,给水下航行器的操作及轨迹规划带来了巨大影响.因... 海洋是人类的资源宝库,随着海洋资源的不断发掘,海洋资源的探测与合理开发成为了当今世界各国广泛关注的热点,水下航行器的勘测活动也随之逐渐增多.然而,海洋环境具有极强的随机不确定性,给水下航行器的操作及轨迹规划带来了巨大影响.因此,准确预测随机海洋环境中水下航行器的随机响应特性具有重要意义.以无舵桨的新型水下航行器为研究对象,基于概率守恒原理,从随机积分的全新视角,建立了随机海洋环境中水下航行器的概率密度积分方程.在此基础上,提出了一种基于分块并行计算的直接概率积分法,该方法将水下航行器系统的控制方程与概率密度积分方程解耦,通过分块并行计算,实现了随机波浪激励下新型水下航行器的随机动力响应高效分析.此外,还将提出方法的计算结果与原直接概率积分法及蒙特卡洛模拟方法的计算结果进行了比较,进一步验证了提出方法的精确性和高效性.最终研究结果表明,海浪的有义波高和流动速度是影响水下航行器响应的主要随机因素.海浪有义波高和流动速度的增加会造成水下航行器偏离预定轨迹的概率显著提高.此外,较大的海浪流动速度还会引发随机跳跃现象,从而降低水下航行器的航行安全性. 展开更多

关键词 水下航行器 随机响应分析 分块并行计算 概率密度积分方程 直接概率积分法

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基于直接概率积分法的重载铁路RC梁疲劳可靠度分析 被引量：3

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作者 高天骁 李铸珅 +3 位作者 张佳旺 宋力 崔晨星 余志武 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1416-1424,共9页

既有重载铁路线路运营列车轴重提高会造成钢筋混凝土(RC)梁产生更加严重的疲劳问题,影响桥梁的服役性能。为研究重载铁路RC梁的疲劳可靠度,从概率的角度保障重载铁路桥梁的服役安全,根据重载铁路的运营特点,建立重载铁路RC梁的疲劳功能... 既有重载铁路线路运营列车轴重提高会造成钢筋混凝土(RC)梁产生更加严重的疲劳问题,影响桥梁的服役性能。为研究重载铁路RC梁的疲劳可靠度,从概率的角度保障重载铁路桥梁的服役安全,根据重载铁路的运营特点,建立重载铁路RC梁的疲劳功能函数,提出基于直接概率积分法的重载铁路桥梁结构的疲劳可靠度分析方法。以某既有重载铁路跨度为8 m的RC简支板梁为例,分析该重载铁路的不同轴重货运列车的荷载模型,将列车轴重与动力系数作为随机变量,并通过移动荷载法与雨流计数法获取钢筋等效应力幅的概率模型。在此基础之上,结合重载铁路的等效运营谱,对跨度为8 m的RC板梁进行疲劳可靠度评估,并探讨年运量及列车轴重对疲劳可靠度的影响。研究结果表明:直接概率积分法能够高效精确地对重载铁路RC梁进行疲劳可靠度评估。在该重载铁路运营的前20年,疲劳失效概率均小于规范规定的限值。随着重载铁路年运量的提高,RC板梁的疲劳失效概率显著增大。运营列车轴重从23 t增大至25 t对RC板梁的疲劳可靠度影响较小。开行30 t轴重列车会造成RC板梁的疲劳可靠度严重下降,需要加强重载铁路桥梁的养护维修。研究结果可为重载铁路RC桥梁的设计与养护维修提供依据。 展开更多

关键词 重载铁路 钢筋混凝土梁 直接概率积分法 等效应力幅 疲劳可靠度 失效概率

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随机声子晶体不确定性分析的直接概率积分法

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作者 李骜 陈国海 杨迪雄 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期701-709,共9页

由于制造工艺存在大量不确定因素,声子晶体材料属性不可避免地具有随机不确定性,使得声子晶体的物理响应呈现随机性,进而对声子晶体的减振降噪性能造成不利影响。如果采用传统的蒙特卡洛方法对随机声子晶体的物理响应进行不确定性量化,... 由于制造工艺存在大量不确定因素,声子晶体材料属性不可避免地具有随机不确定性,使得声子晶体的物理响应呈现随机性,进而对声子晶体的减振降噪性能造成不利影响。如果采用传统的蒙特卡洛方法对随机声子晶体的物理响应进行不确定性量化,则计算代价昂贵。为此,本文基于高效的直接概率积分法对含随机材料参数的声子晶体开展不确定性量化研究。首先,在直接概率积分法框架下,对随机声子晶体能带结构的上下边界频率、带隙宽度和频率响应函数进行了不确定性量化,考察了随机参数大变异性对声子晶体带隙宽度的影响。然后,建立了声子晶体减振降噪可靠度计算公式,对考虑随机不确定性影响下的声子晶体减振降噪性能进行了定量评估。通过与蒙特卡洛方法比较,两个算例验证了直接概率积分法在随机声子晶体不确定性传播和减振降噪可靠性评估中的准确性和高效性。最后,基于直接概率积分法对局域共振型随机声子晶体进行了可靠度分析。结果表明,橡胶材料的随机性对局域共振型声子晶体减振降噪性能有较大影响。 展开更多

关键词 声子晶体 直接概率积分法 可靠度 概率密度函数 带隙特性

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基于直接概率积分法的舰载机起落架随机响应与可靠性分析

5

作者 陈舒扬 谭述君 《振动工程学报》 2025年第9期1935-1944,共10页

考虑到设计、制造中起落架参数的随机不确定性,本文开展了舰载机着舰冲击随机响应和起落架缓冲性能的不确定性量化研究。建立某型舰载机主起落架落震动力学模型,基于起落架缓冲器部分填充参数(如空气腔初始体积以及压油面积、油液缩流... 考虑到设计、制造中起落架参数的随机不确定性,本文开展了舰载机着舰冲击随机响应和起落架缓冲性能的不确定性量化研究。建立某型舰载机主起落架落震动力学模型,基于起落架缓冲器部分填充参数(如空气腔初始体积以及压油面积、油液缩流系数等)的统计特征,采用直接概率积分法(DPIM)划分代表性点集,并求解代表性点集上的确定性结构方程与概率密度积分方程,同时采用蒙特卡罗方法验证DPIM在起落架随机模型上应用的准确性。以起落架的缓冲器行程、垂向轮胎力和支柱轴向力为输出响应,得到响应的均值、标准差、概率密度函数及相关特征,发现虽然响应的分布集中在均值附近,但还是存在较大响应导致系统失效的可能性,进而利用缓冲器行程、垂向轮胎力和支柱轴向力定义了功能函数,给出了不同阈值下起落架结构的可靠性评估。 展开更多

关键词 起落架 缓冲器 直接概率积分法 随机响应 可靠度

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基于直接概率积分的混合可靠性分析方法

6

作者 朱启滔 李洪双 《北京航空航天大学学报》 2025年第9期3183-3192,共10页

针对证据变量和随机变量混合不确定性以及极限状态函数复杂并存的情况,提出了一种基于直接概率积分法的证据-概率混合可靠性分析方法。该方法从证据理论的概率解释入手,采用证据变量均匀化方法,将证据变量转换为随机概率变量,达到混合... 针对证据变量和随机变量混合不确定性以及极限状态函数复杂并存的情况,提出了一种基于直接概率积分法的证据-概率混合可靠性分析方法。该方法从证据理论的概率解释入手,采用证据变量均匀化方法,将证据变量转换为随机概率变量,达到混合变量归一化目的,进而通过直接概率积分法进行结构可靠性分析。最后通过3个算例对所提方法的性能进行验证,结果表明:与现有方法相比,所提方法在计算精度相近的情况下,极大地提高了计算效率。 展开更多

关键词 证据理论 直接概率积分法 结构可靠性分析 混合不确定性 随机概率变量

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近断层地震动作用下高土石坝随机动力分析研究

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作者 李思瀚 庞锐 +1 位作者 周扬 徐斌 《振动工程学报》 北大核心 2025年第5期919-930,共12页

采用台湾集集近断层脉冲型地震动记录,建立随机脉冲型地震动模型,对古水250 m级实际工程面板坝进行有限元分析,并利用直接概率积分法对高土石坝的坝顶位移和坝坡滑移量进行随机动力分析及可靠度分析。研究表明,脉冲型地震动对高土石坝... 采用台湾集集近断层脉冲型地震动记录,建立随机脉冲型地震动模型,对古水250 m级实际工程面板坝进行有限元分析,并利用直接概率积分法对高土石坝的坝顶位移和坝坡滑移量进行随机动力分析及可靠度分析。研究表明,脉冲型地震动对高土石坝的竖向变形以及坝坡稳定有显著影响。研究了近断层高地震风险情况下的高土石坝,综合评价了高土石坝的地震安全性和抗震能力。 展开更多

关键词 随机振动 近断层脉冲型地震动 高土石坝 直接概率积分法 动力可靠度分析

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随机主余震作用下AP1000核电厂可靠度研究

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作者 高嘉鸿 庞锐 +1 位作者 宰德志 徐斌 《振动工程学报》 北大核心 2025年第7期1577-1587,共11页

在实际中,地震通常由一次主震和一系列余震构成,且地震发生的随机性很强。主震会对结构造成破坏,随后的余震则会放大和加剧结构的响应与损伤。然而,目前尚无考虑随机地震序列作用对核电厂影响的研究。提出了一种AP1000核电厂在随机主余... 在实际中,地震通常由一次主震和一系列余震构成,且地震发生的随机性很强。主震会对结构造成破坏,随后的余震则会放大和加剧结构的响应与损伤。然而,目前尚无考虑随机地震序列作用对核电厂影响的研究。提出了一种AP1000核电厂在随机主余震作用下的动力响应和可靠度研究的分析框架。使用地震动的物理随机函数模型、窄带波群叠加法和Copula函数模拟随机主余震序列;基于ABAQUS软件建立AP1000核电站模型,并对其进行动力响应分析;基于直接概率积分法得到核电厂屏蔽厂房水平方向最大位移响应的概率密度函数,并计算其动力可靠度。结果表明,相较于仅经历主震,余震作用后屏蔽厂房顶部和安全壳顶部的加速度与相对位移分别有不同程度的增大,屏蔽厂房水箱和通风口之间区域的损伤面积有所扩大,余震会对核电厂造成进一步破坏。由于地震的随机性,核电厂的动力响应也表现出一定随机性。余震会降低核电厂的动力可靠度,其降低的程度与核电厂选择的阈值相关。 展开更多

关键词 AP1000核电厂 随机主余震 直接概率积分法 动力响应 可靠度

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基于神经网络的多随机参数非线性悬架系统响应分析

9

作者 陈强强 周继磊 +1 位作者 于孟娜 韩道远 《机电工程》 北大核心 2025年第7期1403-1412,共10页

车辆悬架系统的生产制造误差会使得该悬架系统各个结构参数具有不确定性,同时作用于非线性悬架系统的路面激励也具有明显的随机性和时变性。针对这一问题,研究了不确定因素对多随机参数非线性悬架系统响应的影响。首先,采用了七自由度... 车辆悬架系统的生产制造误差会使得该悬架系统各个结构参数具有不确定性,同时作用于非线性悬架系统的路面激励也具有明显的随机性和时变性。针对这一问题,研究了不确定因素对多随机参数非线性悬架系统响应的影响。首先,采用了七自由度非线性车辆悬架系统动力学模型,构建了白噪声路面激励时域模型;然后,建立了一种基于粒子群优化的反向传播神经网络(BPNN-PSO)预测模型,基于神经网络的直接积分法(DPIM),展开了针对非线性悬架系统的随机动力方程及其相应求解策略的研究;最后,针对非线性悬架系统随机振动直接概率积分法,提出了一种基于MATLAB的分析程序,对不同等级路面激励和参数随机条件下,非线性悬架系统振动响应的均值和标准差进行了研究。研究结果表明:直接概率积分法与蒙特卡洛模拟相比,系统的时变概率密度处理时间成本降低,效率更高;车体质量对车体位移的影响显著,其标准差为0.2×10^(-3)m~0.5×10^(-3)m,轮胎刚度对车体位移的影响最小,其标准差约为0.1×10^(-3)m~0.25×10^(-3)m;悬架的弹簧刚度对车体加速度的影响最小,其标准差约为0.5×10^(-2)m/s^(2)~2×10^(-2)m/s^(2),车辆质量和轮胎刚度的随机性对车辆动态行为影响较大。 展开更多

关键词 直接概率积分法 白噪声路面 反向传播神经网络 非线性车辆悬架系统 粒子群算法 路面不平度

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近断层脉冲型随机地震动模拟方法及结构动力可靠度研究

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作者 庞锐 陈柯好 +1 位作者 宋佚博 徐斌 《大连理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期633-640,共8页

以集集脉冲型地震动记录为数据集建立了一种改进的参数化近断层脉冲型随机地震动模型.首先,采用MP03模型和人工蜂群算法从实际地震动记录提取低频脉冲部分,建立随机低频脉冲模型;采用谱表示-随机函数法生成高频部分,二者叠加生成近断层... 以集集脉冲型地震动记录为数据集建立了一种改进的参数化近断层脉冲型随机地震动模型.首先,采用MP03模型和人工蜂群算法从实际地震动记录提取低频脉冲部分,建立随机低频脉冲模型;采用谱表示-随机函数法生成高频部分,二者叠加生成近断层脉冲型随机地震动.然后,采用蒙特卡罗模拟(MCS)法和直接概率积分法(DPIM)分别研究非线性单自由度体系和高层框架结构在不同类型地震动作用下的动力可靠度.结果表明:DPIM与MCS法计算结果相比基本吻合,但计算效率得到较大提升,可以很好地用于非线性结构的时变可靠度研究;脉冲型地震动与非脉冲型地震动相比能够对结构造成更大的变形,极大降低了结构的可靠度,且近断层距越小影响越显著,低频脉冲是使结构可靠度降低的主要因素,而高频部分对结构可靠度的影响较小. 展开更多

关键词 近断层脉冲型地震动 随机模拟 高层框架结构 直接概率积分法 动力可靠度

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近断层地震下连续梁桥随机振动与易损性分析 被引量：2

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作者 周政 唐光武 +2 位作者 高文军 陈国海 杨迪雄 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期526-534,共9页

由于桥梁建设场地难免会靠近地震活动断层,为了评定近断层地震动作用下连续梁桥的地震安全性水平以及提高抗震性能,亟待发展连续梁桥非线性随机地震动力响应与易损性分析的统一、准确方法。考虑到近断层地震动是典型的随机过程激励,本... 由于桥梁建设场地难免会靠近地震活动断层,为了评定近断层地震动作用下连续梁桥的地震安全性水平以及提高抗震性能,亟待发展连续梁桥非线性随机地震动力响应与易损性分析的统一、准确方法。考虑到近断层地震动是典型的随机过程激励,本文提出了基于直接概率积分法的连续梁桥结构非线性随机振动响应与地震易损性准确、通用分析的新框架。发展直接概率积分法,准确高效地计算连续梁桥结构的随机振动响应;结合连续梁桥多种失效状态,根据动力可靠度的首次超越破坏准则,利用直接概率积分法对连续梁桥进行了地震易损性分析。最后,展示了近断层随机地震动激励作用下四跨非线性连续梁桥算例结果,验证了直接概率积分法的准确性特点。比较了近断层脉冲型和无脉冲地震动对非线性连续梁桥地震易损性曲线的影响。结果表明:近断层地震动的速度脉冲显著加剧了连续梁桥结构受到的地震破坏,增大了桥梁结构进入不同破坏状态的超越概率。 展开更多

关键词 连续梁桥 近断层地震动 随机振动 地震易损性分析 直接概率积分法 速度脉冲 多种失效状态 动力可靠度

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