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算例分析

文章来源:正航仪器 浏览次数: 发布时间:2014-10-11

算例分析

算例2.1:非线性极限状态函数为,其中各随机变量相互独立,且服从标准正态分布,表21给出可靠性试验灵敏度计算结果的对照,表22则给出重要抽样可靠性试验灵敏度估计值与Monte Carlo可靠性试验灵敏度估计值在0.95置信度下的置信区间的对照。其中表21中的相对误差表示以Monte Carlo解为精确解,重要抽样分析结果与Monte Carlo解的相对误差,以下相同。

 

表21  算例2.1的可靠性试验灵敏度分析结果

 

Monte Carlo

重要抽样

相对误差(%)

抽样次数

5×106

4×104

—

估计值

0.001821

0.001847

1.428

变异系数

0.010469

0.009192

—

估计值

-0.002643

-0.002709

2.497

变异系数

0.012031

0.010294

—

估计值

0.003241

0.003354

3.487

变异系数

0.018756

0.015432

—

估计值

0.005184

0.005231

0.907

变异系数

0.010617

0.008819

—

估计值

0.013354

0.013399

0.337

变异系数

0.011232

0.008652

—

 

表22  算例2.1的可靠性试验灵敏度估计值在0.95置信度下的置信区间

 

Monte Carlo

重要抽样

抽样次数

5×106

4×104

5×106

区间及

区间长度

置信区间

×10-3

区间

长度

×10-4

置信区间

×10-3

区间

长度

×10-4

置信区间

×10-3

区间

长度

×10-5

(-2.705,-2.581)

1.24

(-2.764,-2.655)

1.09

(-2.690,-2.681)

0.9

(3.122,3.360)

2.38

(3.254,3.457)

2.03

(3.274,3.292)

1.8

(5.076,5.292)

2.16

(5.141,5.322)

1.81

(5.222,5.238)

1.6

(13.060,13.648)

5.88

(13.172,13.627)

4.55

(13.404,13.444)

4.0

 

从表21可以看出,Monte Carlo法与重要抽样法抽样次数之比为5×106:4×104时,重要抽样可靠性试验灵敏度估计值的变异系数小于Monte Carlo估计值,而且计算精度很高。从表22可以看出,在抽样次数相同的情况下,重要抽样可靠性试验灵敏度估计值的置信区间比Monte Carlo估计值的置信区间小得多。

算例2.2:如图2.1所示的九盒段结构,由64个杆元件、42个板元件构成,材料为铝合金,原始数据取自文献[11]。已知外载荷与各个单元的强度均为正态随机变量,且外载荷的均值和变异系数分别为、,第个单元强度的均值和变异系数分别为、。由失效模式的枚举方法可求得结构体系的一个主要失效模式的极限状态函数为。表23和表24分别给出可靠性试验灵敏度计算结果的对照和置信度为0.95的置信区间的对照。

 

表23  算例2.2的可靠性试验灵敏度分析结果

 

Monte Carlo

重要抽样

相对误差(%)

抽样次数

106

35000

—

估计值

0.00979

0.009668

0.979

变异系数

0.010057

0.008842

—

估计值

-0.001326

-0.001301

1.885

变异系数

0.011960

0.010614

—

估计值

0.001562

0.001547

0.960

变异系数

0.019196

0.017866

—

估计值

0.001325

0.001319

0.453

变异系数

0.012004

0.010507

—

估计值

0.001575

0.001579

0.254

变异系数

0.019219

0.017222

—

估计值

-0.001326

-0.001302

1.810

变异系数

0.011960

0.010503

—

估计值

0.001562

0.001528

2.177

变异系数

0.019218

0.017368

—

估计值

0.000332

0.000329

0.904

变异系数

0.012291

0.010900

—

估计值

0.000367

0.000369

0.545

变异系数

0.020699

0.018673

—

图2.1 九盒段结构示意图

 

表24  算例2.2的灵敏度估计值置信度为0.95的置信区间

 

Monte Carlo

重要抽样

抽样次数

106

35000

106

区间及

区间长度

置信区间

×10-3

区间

长度

×10-4

置信区间

×10-3

区间

长度

×10-4

置信区间

×10-3

区间

长度

×10-5

(-1.357,-1.295)

0.62

(-1.328,-1.274)

0.54

(-1.338,-1.328)

1.0

(1.503,1.620) 

1.17

(1.494,1.602)

1.08

(1.569,1.589)

2.0

(1.294,1.356)

0.62

(1.291,1.346)

0.55

(1.328,1.339)

1.1

(1.516,1.634)

1.18

(1.525,1.632)

1.07

(1.571,1.591)

2.0

(-1.357,-1.295)

0.62

(-1.329,-1.276)

0.53

(-1.338,-1.328)

1.0

(1.503,1.620)

1.17

(1.477,1.581)

1.04

(1.569,1.589)

2.0

(0.324,0.340)

0.16

(0.322,0.337)

0.15

(0.332,0.335)

0.3

(0.352,0.382)

0.3

(0.356,0.383)

0.27

(0.367,0.372)

0.5

 

从算例2.2的工程算例可以看出,在Monte Carlo法和重要抽样法抽样次数之比为106:35000时,重要抽样可靠性试验灵敏度估计值的变异系数均小于Monte Carlo可靠性试验灵敏度估计值的变异系数,且计算精度很高。两者在抽样次数相同的情况下,重要抽样可靠性试验灵敏度估计值的置信区间要比Monte Carlo法得到的置信区间小很多,这充分说明重要抽样可靠性试验灵敏度分析方法是一种高效的可靠性试验灵敏度分析方法。

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