国内结构可靠性理论研究

第十章结构机构可靠性和可靠性灵敏度分析的展望可靠性是一个古老而又面临着新挑战的问题，它涉及 (1) 系统行为的描述和模拟，(2)系统行为的定量化，(3) 不确定性的描述、定量化和传递。

本书只是着重介绍了结构机构可靠性和可靠性灵敏度分析的一些经典方法和现在发展的新方法，研究在输入变量与系统行为之间关系确定，并且输入变量随机不确定性已知的条件下，不确定性的传递问题。

本书所介绍的这些方法只是可靠性工程涉及众多问题中的一个基本问题。

在结束本书的理论方法探讨之前，联系本书所研究的内容，对结构机构可靠性未来所需要研究的问题进行简单的展望。

1、输入变量不确定性的描述和定量化[1-14]一般输入变量的随机不确定性采用概率密度函数来描述，依据经典的概率统计理论，获取概率密度函数需要大量的样本数据，尤其是要准确获取密度函数的尾部时，则需要更大量的样本数据，而且往往影响系统行为失效概率的部分就是输入变量概率密度函数的尾部。

然而值得指出的是：由于经费和时间的限制，工程问题中的大样本数据往往是不可得的。

这使得可靠性研究人员投入了大量的精力和时间来研究小样本情况下母体概率密度函数的估计问题。

尽管挖掘小样本中关于母体信息的思路以及在同类产品中获取更多信息的方法是可取的，并且在今后相当长一段时间内基于这种思路的研究将在可靠性领域持续开展，但值得注意的是这种信息的挖掘和获取毕竟是有限的，因为小样本中本身所包含的信息量只是完整信息的一部分。

以有限的信息去推断完整的信息将承受一定的风险，了解并控制推断过程中的风险水平是保证所作推断有意义的前提。

另外，建立小样本情况下，输入变量不确定性的合适的描述模型也是解决信息不足问题的一个补充手段，如现在已在可靠性领域广泛研究的凸集描述模型和模糊描述模型等，还有各种描述的混合模型。

作为不足以获得概率密度函数情况下的必要补充，研究与样本信息量匹配的不确定性描述模型是输入变量不确定性描述和定量化方面的一项重要研究内容，并且在此基础上的各种不确定性描述模型的相容性也是今后可靠性领域的重要研究内容。

结构可靠度分析基础和可靠度分析方法1一般规定1.1当按本文方法确定分项系数和组合值系数时，除进行分析计算外，尚应根据工程经验对分析结果进行判断并进行调整。

1.1.1从概念上讲，结构可靠行设计方法分为确定性方法和概率方法。

在确定性方法中，设计中的变量按定值看待，安全系数完全凭经验确定，属于早期的设计方法。

概率方法为全概率方法和一次可靠度方法。

全概率方法使用随机过程模型及更准确的概率计算方法，从原理上讲，可给出可靠度的准确结果，但因为经常缺乏统计数据及数值计算上的复杂性，设计标准的校准很少使用全概率方法。

一次可靠度方法使用随机变量模型和近似的概率计算方法，与当前的数据收集情况及计算手段是相适应的。

所以，目前国内外设计标准的校准基本都采用一次可靠度方法。

本文说明了结构可靠度校准、直接用可靠指标进行设计的方法及用可靠指标确定设计表达式中作用，抗力分项系数和作用组合值系数的方法。

1.2按本文进行结构可靠度分析和设计时，应具备下列条件：1具有结构极限状态方程；2基本变量具有准确、可靠的统计参数及概率分布。

1.2.1进行结构可靠度分析的基本条件使建立结构的极限状态方程和基本随机变量的概率分布函数。

功能函数描述了要分析的结构的某一功能所处的状态：Z>0表示结构处于可靠状态；Z=0表示结构处于极限状态；Z＜0表示结构处于失效状态。

计算结构可靠度就是计算功能函数Z＞0的概率。

概率分布函数描述了基本变量的随机特征，不同的随机变量具有不同的随即特征。

1.3当有两个及两个以上的可变作用时，应进行可变作业的组合，并可采用下列规定之一进行：（1）设m种作业参与组合，将模型化后的作业在设计基准期内的总时段数，按照顺序由小到大排列，取任一作业在设计基准期内的最大值与其他作用组合，得出m种组合的最大作用，其中作用最大的组合为起控制作用的组合；（2）设m种作用参与组合，取任一作用在设计基准期内的最大值与其他作业任意时点值进行组合，得出m种组合的最大作用，其中作用最大的组合为起控制作用的组合。

机构运动精度可靠性研究现状机构运动精度可靠性是影响产品质量、寿命的关键因素且已成为衡量机构运动性能的重要指标，文章对机构运动精度可靠性的研究现状进行了分析，并介绍了目前求解机构可靠度新方法及其应用。

标签：机构运动精度；可靠性；现状1 概述机构是传递运动和动力的可动装置，它是機械装备的特征骨架和执行器[1]。

机构的运动和动力性能直接关联着整个机械装备的品质和功能，提高机构的运动于动力性能一直是学者们的研究重点。

传统机构学将机构的概念局限于仅含刚性构件、理想运动副（无间隙或柔性）、构件尺寸绝对精确的机构系统。

然而，真实机构系统具有多种内外部不确定性（如几何公差、运动副间隙与磨损、构件物理参数如密度与弹性模量、工作载荷等的随机性）[2]，这些不确定性对机构运动学与动力学性能有着不可忽视的影响，传统的以确定性参数为基础的机构学研究不能描述上述特征。

技术发展对机构的高精度、可靠性等提出了更高的要求。

机构运动精度可靠性研究是在特定的工作条件和时间内，真实机构的运动输出与理想机构运动输出之间的偏差落在期望误差限范围内的概率。

受不确定性影响，真实机构与理想机构的运动必然存在不确定性或随机偏差，即使这些内外部不确定性很小，但在机构设计时如果不加以考虑或考虑不充分，也可能会造成很大的机构输出的不确定性，进而导致机构运动精度下降、动作不可靠、定位不准确以及动力性能不佳，从而使整个机械装备的功能丧失、性能下降、故障率上升、寿命缩短和用户满意度下降等。

如1978年美国发射的陆地卫星2号由于偏航飞轮失效而导致整星失效，1987年德国发射的TVSAT卫星进入轨道后一翼展开而另一翼卡主而导致整星灾难。

因此，在机构系统设计中必须考虑内外部的不确定性具有相当的必要性和重要性。

但这是确定性设计方法难以胜任的，因此须采用不确定性工程设计理论与方法研究机构的运动输出与不确定性之间的内在联系和规律以及对应的机构设计与分析理论。

2 可靠性方法可靠性方法是处理不确定性因素最为有效的途径[3]。

建筑结构可靠性研究建筑结构可靠性是指建筑结构在规定使用期内，满足使用功能要求，不发生结构破坏、功能障碍和危险事故的能力。

建筑结构可靠性研究对于保障建筑物的安全使用具有重要意义。

因此，建筑结构可靠性研究成为了建筑工程领域中一项重要的课题。

可靠性分析方法建筑结构可靠性的分析通常采用可靠性理论和可靠性分析方法。

可靠性理论是一种通过对概率学和统计学的应用，对建筑结构进行可靠性评估的方法。

可靠性分析方法包括退化模型、蒙特卡罗模拟、有限元法等。

这些方法可以帮助工程师评估建筑结构在不同条件下的强度和稳定性，从而为建筑结构设计和改进提供科学依据。

影响因素建筑结构可靠性受多种因素影响，其中包括材料的性能、结构的设计、施工质量等。

材料的强度和刚度是建筑结构抵抗外部荷载的重要参数，而结构的设计则决定了建筑结构在设计使用寿命内是否能保持稳定。

施工质量直接影响着建筑结构的可靠性，不合格的施工可能导致结构隐患，影响建筑物的安全性。

可靠性评估与改进建筑结构可靠性评估可以通过对结构的耐久性、安全性、稳定性等方面进行定量分析来进行。

基于评估结果，可以采取相应的改进措施，包括对结构材料的选择、结构设计的优化、施工工艺的改进等。

这些改进措施可以提升建筑结构的可靠性，保障建筑物在使用期内的安全性。

结语建筑结构可靠性研究是建筑工程领域中的重要课题，它关乎建筑物的安全使用。

通过采用可靠性分析方法，评估建筑结构的可靠性，并进行相应的改进措施，可以提高建筑结构的安全性和稳定性。

建筑行业应不断深化建筑结构可靠性研究，以确保建筑物的安全运行和人员的生命财产安全。

结构可靠度分析方法综述朱殿芳陈建康郭志学(四川大学水电学院成都市610065)摘要详细阐述了结构可靠度计算方法,对改进的一次二阶矩法、JC法、几何法、高次高阶矩法、响应面法、蒙特卡罗方法、随机有限元法等点可靠度计算方法进行了分析;同时介绍了体系可靠度与时变可靠度的有关内容。

关键词点可靠度一次二阶矩法响应面法蒙特卡罗方法随机有限元法体系可靠度时变可靠度1结构可靠度分析方法综述可靠度的计算方法从研究的对象来说可分为点可靠度计算方法和体系可靠度计算方法。

1.1结构点可靠度计算方法1.1.1一次二阶矩法在实际工程中,占主流的一次二阶矩法应用相当广泛,已成为国际上结构可靠度分析和计算的基本方法。

其要点是非正态随机变量的正态变换及非线性功能函数的线性化由于将非线性功能函数作了线性化处理,所以该类方法是一种近似的计算方法,但具有很强的适用性,计算精度能够满足工程需求。

均值一次二阶矩法、改进的一次二阶矩法、JC法、几何法都是以一次二阶矩法为基础的可靠度计算方法。

(1)均值一次二阶矩法。

早期结构可靠度分析中,假设线性化点x0i就是均值点m xi,而由此得线性化的极限状态方程,在随机变量X i(i=1,2,,,n)统计独立的条件下,直接获得功能函数z的均值m z及标准差R z,由此再由可靠指标B的定义求取B=m z/R z。

该方法对于非线性功能函数,因略去二阶及更高阶项,误差将随着线性化点到失效边界距离的增大而增大,而均值法中所选用的线性化点(均值点)一般在可靠区而不在失效边界上,结果往往带来相当大的误差,同时选用不同的极限状态方程不能得到相同的可靠指标,此为该方法的严重问题。

(2)改进一次二阶矩法。

针对均值一次二阶矩法的上述问题,人们把线性化点选在失效边界上,且选在与结构最大可能失效概率对应的设计验算点上,以克服均值一次二阶矩法存在的问题,提出了改进的一次二阶矩法。

该方法无疑优于均值一次二阶矩法,为工程实际可靠度计算中求解B的基础。

可靠性设计应用与研究的发展现状和趋势可靠性是机械零件设计时必须考虑的重要指标。

为了使机械零件设计具有更高的可靠性和稳健性,必须充足考虑不拟定性因素对机械零件稳健可靠性的影响。

可靠性也是衡量产品质量的一项重要指标。

可靠性长期以来是人们设计制造产品时的一个追求目的。

但是将可靠性作为设计制造中的定量指标的历史却还不长，相关技术也尚不成熟，工作也不普及。

可靠性设计应用与研究发展于第二次世界大战时期，上世纪五十年代美国军事部门开始系统的进行可靠性研究。

此外前苏联、日本、英国、法国、意大利等一些国家，也相继从50年代末或60年代初开始了有组织地进行可靠性的研究工作。

此阶段重要是针对电器产品，并拟定了可靠性工作的规范、大纲和标准。

国内的可靠性工作起步较晚，上世纪50年代末和60年代初在原电子工业部的内部期刊有介绍国外可靠性工作的报道。

发展最快的时期是上世纪80年代初期，出版了大量的可靠性工作专著、国家制定了一批可靠性工作的标准、各学校由大量的人投入可靠性的研究。

许多工业部门将可靠性工作列在了重要的地位。

如原航空工业部明确规定，凡是新设计的产品或改型的产品，必须提供可靠性评估与分析报告才干进行验收和坚定。

但国内的可靠性工作曾在90年代初落入低谷，在这方面开展工作的人很少，学术成果也平平。

重要的因素是可靠性工作很难做，出成果较慢。

但在近些年，可靠性工作有些升温，这次升温的动力重要来源于公司对产品质量的重视，比较理智。

目前国内的可靠性工作仍在一个低水平上徘徊，研究的成果多，实用的方法少；研究力量分散，缺少长期规划；学术界较混乱，低水平的文章随处可见，高水平的成果却很少出现。

常规设计与可靠性设计常规设计中，经验性的成分较多，如基于安全系数的设计。

常规设计可通过下式体现：S E l F f lim][...),,,(σσμσ=≤=计算中，F 、l 、E 、μ、slim 等各物理量均视为拟定性变量，安全系数则是一个经验性很强的系数。

结构可靠度分析分析
一、可靠度分析概述
可靠度分析是指利用可靠性相关的理论、技术和方法，分析系统在特
定工作条件下的可用性，从而提高系统的可靠性。

可靠度分析可以指导系
统设计、确定系统的可靠性目标、优化系统结构、满足系统可靠度和质量
要求。

可靠度分析从另一个角度来看，就是对结构的一种性能分析。

它将探
究这些结构及结构构件中出现失效的原因、失效的性能和失效后的修复能力。

因此，可靠度分析不仅可以用来确定系统的可靠度，还可以用来改善
结构的设计和改善构件的选择，以提高结构的可靠性、可靠性和使用寿命。

二、结构可靠度分析方法
（1）试验可靠度法：系统的可靠性主要是由结构和构件的可靠性共
同决定的，因此，可以用试验的方法研究结构和构件的可靠性，从而计算
系统的可靠性。

（2）模型分析法：根据实际系统中几种可能失效模式，使用统计方
法建立模型。

结构可靠度分析方法及相关理论研究共3篇结构可靠度分析方法及相关理论研究1结构可靠度分析方法及相关理论研究结构可靠度分析是一种研究结构安全性的方法。

通过对结构的设计、制造及使用过程中的不确定因素进行分析，预估结构因受力和外界干扰可能发生的损坏与破坏情况，并提供优化设计方案和预防措施，保证结构在使用中的可靠性和安全性。

在实际工程应用中，结构可靠度分析方法通常采用结构可靠度指标。

结构可靠度指标是用来刻画结构系统在特定的负荷和环境作用下表现出系统设计合理度和工程品质可靠性的数学量测指标。

通常，结构可靠度指标包括失效概率、失效密度、失效率等。

目前，常用的结构可靠度方法主要有可靠性指标法、极限状态法、模拟计算法等。

其中，可靠性指标法是一种适用于线性系统的可靠度计算方法，适用于结构状态由结构内部构件承载能力和外载荷两种因素共同决定的结构，如桥梁、塔架、钢结构、混凝土结构等。

极限状态法是一种经典的可靠度分析方法，通常被应用于非线性系统中，可以分析结构的弹塑性变形和失效过程，如地基、土石质结构、板壳结构等。

模拟计算法它包括Monte Carlo方法、等概率线性化方法等，可以通过统计学方法得到结构状态的概率分布函数或随机变量的方差和协方差，用以评估结构可靠度，如多学科优化设计等。

结构可靠度分析的研究与应用离不开相关理论。

常见的理论有概率论、随机过程理论、可靠性理论、风险评估理论等。

概率论是可靠度分析的基础理论，它研究随机现象的概率规律，将随机现象转化为数学模型，通过统计分析，得到可靠性指标和其概率分布。

随机过程理论主要研究时间和空间等随机变量，分析无规律时间和空间的演变规律，用以描述结构的可靠性问题，如振动系统的可靠性分析等。

可靠性理论包括结构可靠性基本理论、可靠度计算方法、灾害风险评估等，其中最常用的是可靠性基本理论，它提供了基本的可靠性指标和分析方法。

风险评估理论包括风险分析、风险管理等，它是对结构系统可靠性和安全性的量化评估方法。

论国内外可靠性研究的现状及特点文章摘要：可靠性是一门新兴的工程学科。

近年来，世界各发达国家已把可靠性技术和全面质量管理紧密地集合起来，有力地提高了产品的可靠性水平。

可靠性工程诞生在20世纪40年代。

在五六十年代已经被应用到了航天工业当中。

进入70年代，各种各样的电子设备或系统广泛用到可靠性技术。

八九十年代可靠性研究进入更深层次的研究和发展。

进入21世纪之后，提高产品的可靠性，更是提高产品的质量关键。

国内外把对可靠性的研究工作提高到节约资源和能源的高度来认识。

在现代生产中，可靠性技术已贯穿于产品的开发研制、设计、制造、实验、使用、运输、保管及维修保养等各个环节。

以下是对国内外可靠性研究目前的进展及成功的介绍，并从中得到可靠性研究在新世纪发展当中又产生的新特点。

文章关键词：可靠性研究现状特点美国德国中国海洋可靠性土地可靠性一、世界一些国家应用可靠性理论的情况。

（1）美国在以下几个方面都运用可靠性理论对他的工业生产进行了科学的规范，美国在可靠性的理论研究及工业应用方面堪称是代表。

美国是结构可靠性理论与应用的代表，也是国际上较早开展结构可靠度研究的国家之一，公认1947年美国Freudenthal A. M.教授的论文“结构安全性”是结构可靠性理论系统研究的开始，现在，在美国混凝土规范ACI 318一02中，将抗力折减系数必由0.8提高到0.9，这将导致梁板等受弯构件的纵向受拉钢筋减少约10%。

在解释这一变化时，该规范指出是基于过去和现在的可靠度分析、对材料性能的统计的研究。

其次、在公路桥梁方面，新一代的美国和加拿大规范都采用了基于概率的荷载与抗力系数设计规范，如美国州公路与运输官员协会的《桥梁荷载与抗力系数设计规范》( AASHTO LRFD 1994)，加拿大《安大略公路桥梁设计规范》(OHBDC 1979, 1983，1991)和《加拿大公路桥梁设计规范》( CHBDC 2000)。

在美国，公路管理联合会(F H WA)重视支持长远技术项目的研究，其中之一是贯彻荷载与抗力系数设计方法。

关于建筑结构可靠性鉴定分析及抗震鉴定的探讨摘要：随着新型城镇化的快速发展，城乡建筑物逐渐增多，在房屋建设过程中，建筑结构可靠性鉴定与抗震鉴定是建筑质量安全的重要保障。

近年来，自然灾害不断增多，地震、洪水等严重威胁着人们的生命财产安全，这也让人们对意识到建筑质量的重要性。

对此，本文以建筑结构可靠性鉴定分析及抗震鉴定为主题，在可靠性鉴定与抗震鉴定概述的基础上，重点分析建筑结构可靠性的影响因素，最终提出建筑结构可靠性鉴定及抗震鉴定方法。

关键词：建筑结构；可靠性；抗震性；概述；因素；方法一、建筑结构可靠性鉴定及抗震性鉴定概述1.建筑结构可靠性建筑结构可靠性其实主要是从建筑质量层面对建筑合格状态予以分析，可靠性鉴定主要是指通过科学、合理的手段、方法对建筑施工质量予以评比，以此确保建筑结构符合规定要求，其目的是确保建筑结构达标，避免由于质量问题引发安全事故，更好保障公众的生命财产安全。

结构可靠性鉴定属于技术鉴定范畴，在建筑行业快速发展的同时，建筑结构备受重视，因为这关系着建筑的使用安全和抗震问题。

2.建筑结构抗震鉴定自然灾害是难以有效预测的，尤其是地震，发生时间短、危害大，严重威胁着人们的生命财产安全，而在灾难发生时，建筑结构质量直接影响着使用人的命运。

建筑结构越合理，抗震能力越强，可以为人们提供更多的逃生时间，所以，抗震鉴定是建筑的主要评估标准之一。

为了降低地震危害，在建筑施工过程中要做好抗震鉴定工作，提高房屋的抗震性能。

通过抗震界定，能够了解房屋的建筑结构质量，并为建筑抗震减灾能力的提升提供参考依据。

一般来讲，抗震鉴定过程中，主要通过抗震验算、房屋构造等方面予以分析。

建筑结构抗震鉴定理论体系相对完善，在建筑结构抗震鉴定当中，通常需要从这些方面入手予以实施：第一，收集建筑项目材料，了解设计、施工、竣工等数据信息；第二，在质量检测的基础上，对房屋的建筑结构特征予以分析并做好承重结构的有效分析；第三，根据建筑结构特征确定房屋的抗震要求，并结合力学做好建筑结构承载能力的核算；第四，在建筑结构抗震能力综合评估的基础上，做好抗震防护工作，根据建筑与抗震标准进行适当的加固，以此实现房屋抗震水平的提升。

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结构可靠性理论与应用的国内外研究现状摘要：自20世纪20年代以来，工程结构可靠性理论和应用的研究已取得了重大进展.许多国家开始研究在结构设计规范中的应用。

从结构可靠性理论的发展历史、国内外科学家对结构可靠性理论所做的工作及成果、与目前此问题存在的一些不足之处。

关键词：工程结构可靠性理论发展结构可靠性理论是随着人们对工程中各种不确定性认识的发展建立并逐步完善起来的一门新兴学科，它对结构的分析与设计具有重要指导意义。

自20世纪20年代以来，结构可靠性的理论和应用的研究取得了重大发展。

本文从结构可靠性理论的发展历史、国内外科学家对结构可靠性理论所做的工作及成果、与目前此问题存在的一些不足之处这三方面进行了简单的总结.1 结构可靠性理论的发展历史结构系统可靠性理论是一门新兴的边缘学科.它以概率论、数理统计方法和随机过程理论为基础，以结构分析的有限元法和网络分析技术为工具,从系统角度出发，将结构系统的设计、分析、评价、检测和维护等融为一体。

作为一种科学分析方法和实用技术,狭义地讲,它研究结构系统在规定的使用条件与环境下,在给定的使用寿命期间，能有效地承受载荷和耐受环境影响而正常工作的概率。

将概率论和数理统计方法应用于结构可靠性分析的最早尝试可以追溯到20世纪初Forsell和Mayer等人的工作。

尽管这些早期研究工作富有创造性，但由于当时的科技发展水平和实际需要，结构系统可靠性作为一种新的设计思想和分析方法并未引起社会的足够重视.第二次世界大战期间及随后的岁月中，有关机电设备、船舶、压力容器、飞行装置和海上石油勘探平台等，在设计使用寿命期限内，在规定的荷载条件与环境下，不能预期正常工作的事例不断增多和日趋严重。

结构可靠性论文学院（系）：工程学院班级：机化1302学生姓名：XXX学号：A******XX东北农业大学Northeast Agricultural University浅谈工程结构可靠性理论摘要:结构的可靠性包括安全性、适用性、耐久性和偶然作用下的整体稳定性。

保证结构的可靠性是结构设计的基本和根本问题，任何一项与结构设计有关的研究都与结构的可靠性相关，例如，材料性能研究、构件受力性能和破坏机理研究、荷载分析、安全系数的确定等，所以可靠性是一个含义非常广的概念。

本文简要概述了工程结构采用可靠性理论的优势和结构可靠性理论方法，继而论述了结构可靠性理论的发展历史，最后简单阐述了可靠性理论的研究和应用现状，并展望了未来的发展趋势。

关键词：工程结构；可靠性理论；发展；应用现状Abstract:The reliability of the structure includes safety, serviceability, durability, and the overall stability under accidental action. To ensure the reliability of the structure is the structure design of the basic and fundamental problem, any a and structure design research are related to the reliability of the structure, for example, study of material properties, component by the force performance and failure mechanism study, load analysis, and the way to determine the safety factor, so the reliability is a very broad concept. This paper gives a brief overview of the engineering structure using reliability theory of advantage and structure reliability theory, and then discusses the development history of the theory of structural reliability, finally introduces the present status of research and application of the reliability theory, and the prospect of development trend in the future.Key words: engineering structure; reliability theory; development; application status 1 概述工程结构的安全性历来是设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。