[发明专利]基于差分进化和等效平面法的结构系统可靠性分析方法

说明书

本发明公开了一种基于差分进化算法和等效平面法的混联结构系统一次二阶矩可靠性分析方法。对于含有m个串联子单元，其中第i个串联子单元包含n_i(i＝1,…,m,n_i≥1)个元件以独立形式或并联形式(n_i≥2)连接的混联结构系统，使用基于差分进化算法的一次二阶矩法计算各串联子单元的最可能失效点和可靠性指标；然后，以等效平面法计算混联结构系统可靠度。本发明在机械电子、航空航天和土木工程等领域混联结构系统可靠度分析中有很好的通用性，能适应各类非线性问题，一阶精度高，扩展了差分进化群智能优化算法在混联结构系统可靠度上的适用范围，对可靠性分析领域有重要的意义。

技术领域

本发明涉及结构可靠性分析技术领域，尤其是涉及采用一次二阶矩方法对混联结构系统进行可靠性分析方面，具体涉及一种基于差分进化优化算法和等效平面法的混联结构系统一次二阶矩可靠性分析方法。

背景技术

机械工程、土木工程、航空航天等领域结构或产品系统可靠性衡量结构荷载、结构几何尺寸等因素存在的不确定性以及多失效模式对系统正常工作能力的影响程度，是结构可靠性分析中的重要问题之一。结构或产品系统的可靠性分析涉及寻找系统主要失效模式、各失效模式的失效概率计算和系统的失效概率计算等，可靠性分析的结果有助于确认影响系统可靠性的重要因素和主要失效模式，加以改进来提高和改善结构或产品系统的运营安全性。

混联结构系统可看作是由各失效模式并、串联组成的系统，各失效模式之间可能存在一定的相关性，计算较为复杂，它以机械工程、土木工程、航空航天等领域结构或产品系统元件的可靠性分析为基础。广泛应用于结构或产品系统元件的一次二阶矩法计算高效，但对于表征失效模式的强非线性性能函数，传统的一次二阶矩法求解时往往会失效，陷入混沌和振荡，已经不能满足实际工程需求。

群智能优化算法作为一种全局优化方法近些年在优化计算领域得到广泛的重视和应用，将群智能优化算法应用于一次二阶矩方法来计算结构元件、并联系统进而乃至混联系统的可靠性，有助于改善和提高一次二阶矩方法在用于结构系统可靠性分析时的精度和稳定性。

机械工程、土木工程、航空航天等领域结构或产品混联系统可看作是一系列并联结构子系统等效的失效序列的串联，将群智能优化算法用于计算并联结构系统等效的失效序列可靠性特征，并进而在此基础上结合串联结构系统可靠性计算方法分析混联系统可靠性，将为混联结构系统的高效可靠性分析提供一条新的途径。

差分进化算法及其改进算法作为一类具有代表性的群智能优化算法，它引入变异、交叉和选择等操作，增加了个体的多样性，是一种效率很高的群智能优化算法，在工程领域优化设计中得到广泛的应用。将其应用于并联结构系统以及混联结构系统的可靠性计算在机械工程、土木工程、航空航天等领域结构或产品可靠性分析中有着很好的工程应用前景。

因此，选择合适的差分进化算法用于混联结构系统的高效、高精度可靠性分析，对于机械工程、土木工程、航空航天等领域结构或产品可靠性分析领域采用群智能优化算法进行并联结构系统以及混联结构系统的可靠性分析方面具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于差分进化算法和等效平面法的结构系统可靠性分析方法，该分析方法普适性强，能适用于包含各类表征失效模式的非线性性能函数的混联结构系统可靠性分析，将差分进化优化算法用于计算并联子系统的可靠性特征参数，结合等效平面法分析等效的串联结构系统也就是混联结构系统的可靠性，是现有结构系统可靠性方法的扩展。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于差分进化优化算法和等效平面法的混联结构系统一次二阶矩可靠性分析方法，所述分析方法包括以下步骤：

S1、指定待分析混联结构系统及其待分析混联结构系统中各元件的功能函数及随机变量特征参数，将混联结构系统划分成m个串联子单元，其中，所述待分析混联结构系统为土木工程、机械电子和航空航天中混联结构系统；