[发明专利]基于SL-ALK-Meta-IS技术的时变可靠性及灵敏度分析方法

说明书

本发明针对传统时变可靠性分析方法和全局灵敏度分析计算成本高的问题，基于SL‑ALK‑Meta‑IS技术的时变可靠性及灵敏度分析方法，仅用一组样本计算得到灵敏度指标，根据各变量灵敏度指标计算结果得到的重要性排序可有效指导工程结构设计与优化中对设计参数的合力资源分配，指导设计实施与改进。后者通过引入重要样本作为候选样本，可降低候选样本数量，进而提高时变可靠性分析计算效率，节约计算成本，提高时变可靠性分析与全局灵敏度分析在工程领域中的应用能力。

技术领域

本发明属于可靠性及灵敏度分析技术领域，特别涉及基于SL-ALK-Meta-IS技术的时变可靠性及灵敏度分析方法。

背景技术

在航空、航天、航海、石油、土木等工程中，不确定性因素广泛存在并严重影响 结构或设备的安全性与可靠性，机械结构可靠性分析理论得到了系统性研究并应用于 各个工程领域。传统可靠性分析理论常常不考虑时变载荷等时变不确定性因素，而在 实际工程应用中，由于环境、载荷、材料性能常随时间发生变化，进而导致工程机械 性能亦随时间而变化。因此，考虑时变不确定性因素影响的时变可靠性分析理论更符 合实际应用情况，工程参考和指导价值更为显著。传统时变可靠性分析方法，如蒙特 卡洛法(Efficientnumerical algorithm of profust reliability analysis:an application to wingbox structure,Aerosp.Sci.Technol.,2018,80:203-211)、跨越率法(Time-dependentreliability analysis with joint upcrossing rates,Struct.Multidiscip.O.,2013,48(5): 893-907)、极值法(A Moment Approach to Positioning Accuracy ReliabilityAnalysis for Industrial Robots,IEEE T.Reliab.,2020,69(2):699-714)以及结合代理模型的仿真方法 (A single-loop Kriging surrogate model method by consideringthe first failure instant for time-dependent reliability analysis and safetylifetime analysis,Mech.Syst.Signal Pr.,2020, 145:106963)得到了较为充分的发展，但由于该问题的时变特性，进行可靠性分析时需 要消耗很高的计算成本，很大程度地限制了相关方法在工程领域的应用。因此，本发 明将一种基于元模型的重要抽样方法——Meta-IS法与单层Kriging代理模型结合，提 出了一种新型SL-ALK-Meta-IS方法，在单层Kriging代理模型方法基础之上，进一步 提高计算效率。

灵敏度分析可以有效识别输入随机变量不确定性对结构失效概率的影响程度，可有效指导结构设计与优化，常分为局部灵敏度分析和全局灵敏度分析。局部灵敏度分 析仅能评估输入变量在分布参数处对失效概率的影响，无法考虑输入变量的整个不确 定性空间对失效概率的影响。而针对于时变可靠性问题，全局灵敏度分析已有一定应 用，如方差全局灵敏度指标与矩独立全局灵敏度指标均已被引入时变可靠性分析之中 (Time-variant global reliability sensitivity analysis of structures with both inputrandom variables and stochastic processes,Struct.Multidiscip.O.,2016,55(5):1883-1898)。但存在 的问题是，以上指标的评估仍存在计算量过大的问题。近年发展的广义灵敏度分析思 想，根据预定功能是否实现将输出响应分为两类，通过比较实现与无法实现两种条件 下输入变量概率分布差异评估输入变量对失效概率的影响。

发明内容