多失效模式结构模式敏感性指标分析方法技术

本公开提供的一种多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，应用于输油管路系统，该方法首先定义第一多失效模式结构模式敏感性指标与第二多失效模式结构模式敏感性指标，两者分别用于衡量多失效模式结构模式中的任意一个失效模式对结构系统的失效或者正常运行的影响程度；其次基于第一多失效模式结构模式敏感性指标和第二多失效模式结构模式敏感性指标对输油管路系统的一个或多个管路进行计算，以确定对应各管路的第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标，并基于各管路两种指标对输油管路系统进行敏感性分析。该两种指标含义清晰，且计算过程简单，可大幅降低敏感性分析的计算成本，为提高输油管路结构系统稳健性设计提供良好指导作用。

Sensitive index analysis method for multi failure mode structure mode

A multi failure mode structure model sensitivity index analysis method is applied to the oil pipeline system. First, the first multiple failure mode structure mode sensitivity index and the more than 2 failure mode structure model sensitivity index are defined, respectively. Both of them are used in the model of the multi failure mode structure. The effect of a failure mode on the failure or normal operation of a structural system; secondly, based on the sensitivity index of the first multiple failure mode structure mode and the sensitivity index of the more than 2 failure mode structure mode, the first mode sensitivity of the pipeline system is determined by the calculation of one or more pipelines in the pipeline system. Index and second mode sensitivity index, and sensitivity analysis of oil pipeline system based on two indexes of each pipeline. The two indexes have a clear meaning and simple calculation process, which can greatly reduce the calculation cost of sensitivity analysis, and provide a good guidance for improving the robustness design of the structural system of oil pipeline.

【技术实现步骤摘要】
多失效模式结构模式敏感性指标分析方法
本公开涉及系统稳健性分析与结构优化设计
，尤其涉及一种多失效模式结构模式敏感性指标分析方法。
技术介绍
输油管道(也称管线、管路)是由油管及其附件所组成，并按照工艺流程的需要，配备相应的油泵机组，设计安装成一个完整的管道系统，用以完成油料接卸及输转任务。输油管道系统，即用于运送石油及石油产品的管道系统，主要由输油管线、输油站及其他辅助相关设备组成，是石油储运行业的主要设备之一，也是原油和石油产品最主要的输送设备，与同属于陆上运输方式的铁路和公路输油相比，管道输油具有运量大、密闭性好、成本低和安全系数高等特点。目前，我国原油输送管路已建成4万多公里，包括国内主要产油区的对外输油管路以及境外向国内输送原油的管路。输油管路的安全可靠运行对保障我国的能源安全以及经济发展具有重大的意义。多失效模式结构模式敏感性指标分析方法主要用来研究各失效模式对整个结构系统的安全运行或失效的影响程度，近年来得到了迅速的发展。Bichon等人针对结构系统的可靠性分析问题提出一种多模式敏感性分析方法，该方法可以识别出对结构系统的失效贡献较小的失效模式，以减少结构系统可靠性分析的计算成本。Mahadevan和Raghothamachar针对六层双跨结构，评估了各失效模式对结构系统失效概率的相关贡献。周长聪等基于失效概率和各极限状态函数的概率密度函数提出了多种模式敏感性分析指标。通过以上多模式敏感性分析方法的不断发展，多模式敏感性分析理论在多失效模式结构系统中的应用也得到极大的推广。目前多数学者对于多失效模式结构模式敏感性分析方法的研究尚处于理论研究阶段，在工程实际中，将所提出的理论方法应用于大型复杂工程的应用研究并不多，尤其对于输油管路机构系统的模式敏感性分析的应用相对缺乏。输油管路在服役过程中，输油管路系统通过增大管路内部压力促使燃油流通，在反复加压减压的过程中，管路系统容易经受疲劳损伤，而且经过长时间的运行，管路系统容易遭受腐蚀侵害，种种因素都会影响管路系统的正常运行，最终导致管路系统失效甚至引发一系列重大燃油泄漏事故。因此，本专利技术基于工业管理部门提出的管路安全条例，旨在提高输油管路系统的稳健性和安全性，提出一种多失效模式结构模式敏感性指标分析方法。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，进而可以提高输油管路系统的稳健性和安全性，从而为输油管路结构系统稳健性设计提供理论指导。根据本公开的一个方面，提供了一种多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，应用于输油管路系统，所述输油管路系统包括多个相互连通的管路，包括：定义第一多失效模式结构模式敏感性指标，所述第一多失效模式结构模式敏感性指标用于衡量所述多失效模式结构模式中的任意一个失效模式对结构系统的失效的影响程度；定义第二多失效模式结构模式敏感性指标，所述第二多失效模式结构模式敏感性指标用于衡量所述多失效模式结构模式中的任意一个失效模式对结构系统的正常运行的影响程度；基于所述第一多失效模式结构模式敏感性指标和第二多失效模式结构模式敏感性指标对所述输油管路系统的一个或多个管路进行计算，以确定对应各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标，并基于各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标对输油管路系统进行敏感性分析。在本公开的一种示例性实施例中，所述第一多失效模式结构模式敏感性指标的计算式为：其中，MIFj为所述第一多失效模式结构模式敏感性指标；Pf为整个结构系统的失效概率；Pfj为第j个模式的失效概率；IF为结构系统指示函数，当结构系统失效时，IF＝1，当结构系统正常运行时，IF＝0；Ij为第j个模式的指示函数，当第j个模式失效时，Ij＝1，当第j个模式正常运行时，Ij＝0。在本公开的一种示例性实施例中，所述第二多失效模式结构模式敏感性指标的计算式为：其中，MISj为所述第二多失效模式结构模式敏感性指标；Pf为整个结构系统的失效概率；Pfj为第j个模式的失效概率；IF为结构系统指示函数，当结构系统失效时，IF＝1，当结构系统正常运行时，IF＝0；Ij为第j个模式的指示函数，当第j个模式失效时，Ij＝1，当第j个模式正常运行时，Ij＝0。在本公开的一种示例性实施例中，所述第一多失效模式结构模式敏感性指标的计算式通过推导转化为：在本公开的一种示例性实施例中，所述第二多失效模式结构模式敏感性指标的计算式通过推导转化为：在本公开的一种示例性实施例中，所述基于所述第一多失效模式结构模式敏感性指标和第二多失效模式结构模式敏感性指标对所述输油管路系统的一个或多个管路进行计算，以确定对应各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标包括：基于所述第一多失效模式结构模式敏感性指标和第二多失效模式结构模式敏感性指标，并结合所述输油管路系统的一个或多个管路的样本数据矩阵的指示函数，以确定所述第一多失效模式结构模式敏感性指标的最终计算式和第二多失效模式结构模式敏感性指标的最终计算式，以确定对应各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标。在本公开的一种示例性实施例中，所述输油管路系统的一个或多个管路的样本数据矩阵设为B，基于所述输油管路系统的一个或多个管路的样本数据矩阵B计算指示函数Ij和IF分别得到IBj和IB。在本公开的一种示例性实施例中，所述输油管路系统的一个或多个管路的样本数据矩阵的样本数据包括各管路的径流系数，各管路的与管路摩擦系数成反比的参数，各管路的衰变系数，各管路的与管路沉淀系数成正比的参数。在本公开的一种示例性实施例中，所述第一多失效模式结构模式敏感性指标的最终计算式和第二多失效模式结构模式敏感性指标的最终计算式分别为：在本公开的一种示例性实施例中，所述确定对应各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标包括：基于各管路的横截面积、摩擦系数以及水力半径确定各管路的极限状态函数中的常数项，并结合各管路的径流系数，各管路的与管路摩擦系数成反比的参数，各管路的衰变系数，各管路的与管路沉淀系数成正比的参数确定各管路的极限状态函数，所述极限状态函数用于判断各管路处于失效或者正常运行状态；基于所述第一多失效模式结构模式敏感性指标的最终计算式和第二多失效模式结构模式敏感性指标的最终计算式，并结合各管路的极限状态函数，使用蒙特卡洛法确定各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标。由上述技术方案可知，本公开提供一种多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，其优点和积极效果在于：本公开提供的一种多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，应用于输油管路系统，所述输油管路系统包括多个相互连通的管路，该方法包括：首先定义第一多失效模式结构模式敏感性指标与第二多失效模式结构模式敏感性指标，两者分别用于衡量多失效模式结构模式中的任意一个失效模式对结构系统的失效或者正常运行的影响程度；其次基于第一多失效模式结构模式敏感性指标和第二多失效模式结构模式敏感性指标对输油管路系统的一个或多个管路进行计算，以确定对应各管路的第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标，并基于各管路的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，应用于输油管路系统，所述输油管路系统包括多个相互连通的管路，其特征在于，包括：定义第一多失效模式结构模式敏感性指标，所述第一多失效模式结构模式敏感性指标用于衡量所述多失效模式结构模式中的任意一个失效模式对结构系统的失效的影响程度；定义第二多失效模式结构模式敏感性指标，所述第二多失效模式结构模式敏感性指标用于衡量所述多失效模式结构模式中的任意一个失效模式对结构系统的正常运行的影响程度；基于所述第一多失效模式结构模式敏感性指标和第二多失效模式结构模式敏感性指标对所述输油管路系统的一个或多个管路进行计算，以确定对应各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标，并基于各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标对输油管路系统进行敏感性分析。

【技术特征摘要】
1.一种多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，应用于输油管路系统，所述输油管路系统包括多个相互连通的管路，其特征在于，包括：定义第一多失效模式结构模式敏感性指标，所述第一多失效模式结构模式敏感性指标用于衡量所述多失效模式结构模式中的任意一个失效模式对结构系统的失效的影响程度；定义第二多失效模式结构模式敏感性指标，所述第二多失效模式结构模式敏感性指标用于衡量所述多失效模式结构模式中的任意一个失效模式对结构系统的正常运行的影响程度；基于所述第一多失效模式结构模式敏感性指标和第二多失效模式结构模式敏感性指标对所述输油管路系统的一个或多个管路进行计算，以确定对应各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标，并基于各管路的所述第一模式敏感性指标和第二模式敏感性指标对输油管路系统进行敏感性分析。2.根据权利要求1所述的多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，其特征在于，所述第一多失效模式结构模式敏感性指标的计算式为：其中，MIFj为所述第一多失效模式结构模式敏感性指标；Pf为整个结构系统的失效概率；Pfj为第j个模式的失效概率；IF为结构系统指示函数，当结构系统失效时，IF＝1，当结构系统正常运行时，IF＝0；Ij为第j个模式的指示函数，当第j个模式失效时，Ij＝1，当第j个模式正常运行时，Ij＝0。3.根据权利要求1所述的多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，其特征在于，所述第二多失效模式结构模式敏感性指标的计算式为：其中，MISj为所述第二多失效模式结构模式敏感性指标；Pf为整个结构系统的失效概率；Pfj为第j个模式的失效概率；IF为结构系统指示函数，当结构系统失效时，IF＝1，当结构系统正常运行时，IF＝0；Ij为第j个模式的指示函数，当第j个模式失效时，Ij＝1，当第j个模式正常运行时，Ij＝0。4.根据权利要求2所述的多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，其特征在于，所述第一多失效模式结构模式敏感性指标的计算式通过推导转化为：。5.根据权利要求3所述的多失效模式结构模式敏感性指标分析方法，其特征在于，所述第二多失效模式结构模式敏感性指标的计算式通过推导转化为：。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏鹏飞，岳珠峰，刘付超，周长聪，张政，王文选，唐成虎，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61