一种结构可靠性分析方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结构可靠性分析方法、装置、设备及存储介质，包括：获取待分析领域中对象的产品结构、功能函数以及随机变量特征参数，计算可靠性分析的目标函数的梯度值并确定初始迭代步长；根据梯度值和初始迭代步长更新功能函数的值；当功能函数的值满足阈值条件，确定共轭Barzilai

【技术实现步骤摘要】
一种结构可靠性分析方法、装置、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及数据处理
，尤其是一种结构可靠性分析方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]土木工程、机械电子和航空航天等领域结构或产品可靠性分析合理考虑了工程中存在的不确定性参数，为广大工程技术人员广泛接受，是工程结构或产品设计理论发展的一个重要手段。随机结构或产品可靠性主要分析源于荷载、材料性质以及结构或产品制造过程的客观因素对其产生的影响，对工程实践的安全评定，结构或产品的安全运营以及改进其中重要的影响因素，提高安全储备具有重要意义。
[0003]土木工程、机械电子和航空航天等领域大型复杂结构或产品表征结构正常工作能力或临界安全的功能函数往往是高度非线性的，这种情况下对结构或产品进行可靠性分析无论是常见一般的一次二阶矩法还是蒙特卡罗方法都显得比较困难或效率不高，要么产生周期震荡或混沌的不收敛现象，要么计算非常耗费计算时间，尤其是面对拥有强非线性/超强非线性性能函数的结构和产品时，传统的一次二阶矩法很难达到工程实践可靠性分析的精度和效率要求。
[0004]一次二阶矩法作为最早发展起来的可靠性分析方法，为其他可靠性分析方法奠定了基础，其计算过程简单且能满足较高的精度要求，在土木工程、机械电子和航空航天等领域结构或产品可靠性分析过程中广泛采用。相对于蒙特卡罗仿真方法，避免了大量的结构响应分析，同时又能保证很好的可靠性分析精度，大大提高了可靠性分析的效率，在工程实践中得到越来越广泛的重视和应用。
[0005]传统的一阶可靠性分析方法例如基于混沌控制的DSTM方法以及控制步长的FSLM、FAL等一阶可靠性分析方法，在一定程度上提升了经典HL
‑
RF方法的鲁棒性，但如同HL
‑
RF方法一样，在面对非线性程度较高的问题时，也在不同程度上出现周期震荡现象或陷入混沌，进而导致用于土木工程、机械电子和航空航天等领域大型复杂结构或产品可靠性分析时结果稳定性差，计算精度不理想。
[0006]共轭梯度法作为一类计算简单且效果出众的数值分析方法，相对于传统的最速下降法，收敛速度更快且不需要计算海塞矩阵，在选取合适的目标函数的前提下，理论上可以在很大程度上提升一次二阶矩法的计算效率，再结合BB步长在迭代过程中鲁棒性好、计算效率高的优良性能，能在很大程度上拓展传统一次二阶矩法在高度非线性问题上的适用范围，在土木工程、机械电子和航空航天等领域结构或产品可靠性分析领域有着很好的工程应用前景。
[0007]因此，选择计算简单、鲁棒性好的共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法用于结构的高效、高精度可靠性分析，对于结构可靠性分析领域采用一次二阶矩法进行结构可靠性分析方面具有重要意义。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术实施例提供一种鲁棒性高且效率高的结构可靠性分析方法、装置、设备及存储介质。
[0009]本专利技术的一方面提供了一种结构可靠性分析方法，包括：
[0010]获取待分析领域中对象的产品结构、功能函数以及随机变量特征参数；
[0011]根据所述待分析领域中对象的产品结构、功能函数以及随机变量特征参数，计算可靠性分析的目标函数的梯度值并确定初始迭代步长；
[0012]根据所述梯度值和所述初始迭代步长更新所述功能函数的值；
[0013]当所述功能函数的值满足阈值条件，确定共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法的起点；
[0014]根据所述目标函数，确定共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法的搜索方向与迭代步长；
[0015]根据所述起点、所述搜索方向和所述迭代步长进行迭代，确定目标坐标点；
[0016]根据所述目标坐标点，通过求解原始空间下的最大可能失效点，计算得到结构失效概率。
[0017]可选地，所述方法还包括：
[0018]在共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法中进行非单调线搜索，将步长大小调整至目标范围。
[0019]可选地，所述根据所述待分析领域中对象的产品结构、功能函数以及随机变量特征参数，计算可靠性分析的目标函数的梯度值并确定初始迭代步长，包括：
[0020]取均值点作为迭代起点；
[0021]根据所述迭代起点，采用带衰减步长的最速下降法确定所述初始迭代步长。
[0022]可选地，所述初始迭代步长的下降方向的计算公式为：
[0023][0024]所述初始迭代步长的衰减步长的计算公式为：
[0025][0026]其中，代表搜索方向；代表极限状态方程的梯度；代表梯度的Euclidean范数；代表步长；ρ代表调整步长大小的参数；k代表迭代计数器；I代表算法的第一阶段。
[0027]可选地，所述目标函数的表达式为：
[0028][0029]其中，f(z)代表目标函数；z代表标准正态空间下的迭代点；代表极限状态方程的梯度；代表的转置；c代表一个大于等于10的正数；
[0030]所述目标函数的梯度的计算公式为：
[0031]d
k
＝z
k+1
‑
z
k
[0032]其中，d
k
代表第k步目标函数的下降方向；z
k+1
代表第k+1步的设计验算点；z
k
代表第k步的设计验算点。
[0033]可选地，所述根据所述目标函数，确定共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法的搜索方向与迭代步长这一步骤中，
[0034]采用基于Armijo准则的非单调线搜索方法对所述搜索方向和所述迭代步长进行控制。
[0035]本专利技术实施例的另一方面还提供了一种结构可靠性分析装置，包括：
[0036]第一模块，用于获取待分析领域中对象的产品结构、功能函数以及随机变量特征参数；
[0037]第二模块，用于根据所述待分析领域中对象的产品结构、功能函数以及随机变量特征参数，计算可靠性分析的目标函数的梯度值并确定初始迭代步长；
[0038]第三模块，用于根据所述梯度值和所述初始迭代步长更新所述功能函数的值；
[0039]第四模块，用于当所述功能函数的值满足阈值条件，确定共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法的起点；
[0040]第五模块，用于根据所述目标函数，确定共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法的搜索方向与迭代步长；
[0041]第六模块，用于根据所述起点、所述搜索方向和所述迭代步长进行迭代，确定目标坐标点；
[0042]第七模块，用于根据所述目标坐标点，通过求解原始空间下的最大可能失效点，计算得到结构失效概率。
[0043]本专利技术实施例的另一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构可靠性分析方法，其特征在于，包括：获取待分析领域中对象的产品结构、功能函数以及随机变量特征参数；根据所述待分析领域中对象的产品结构、功能函数以及随机变量特征参数，计算可靠性分析的目标函数的梯度值并确定初始迭代步长；根据所述梯度值和所述初始迭代步长更新所述功能函数的值；当所述功能函数的值满足阈值条件，确定共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法的起点；根据所述目标函数，确定共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法的搜索方向与迭代步长；根据所述起点、所述搜索方向和所述迭代步长进行迭代，确定目标坐标点；根据所述目标坐标点，通过求解原始空间下的最大可能失效点，计算得到结构失效概率。2.根据权利要求1所述的一种结构可靠性分析方法，其特征在于，所述方法还包括：在共轭Barzilai
‑
Borwein一阶可靠性分析方法中进行非单调线搜索，将步长大小调整至目标范围。3.根据权利要求1所述的一种结构可靠性分析方法，其特征在于，所述根据所述待分析领域中对象的产品结构、功能函数以及随机变量特征参数，计算可靠性分析的目标函数的梯度值并确定初始迭代步长，包括：取均值点作为迭代起点；根据所述迭代起点，采用带衰减步长的最速下降法确定所述初始迭代步长。4.根据权利要求3所述的一种结构可靠性分析方法，其特征在于，所述初始迭代步长的下降方向的计算公式为：所述初始迭代步长的衰减步长的计算公式为：其中，代表搜索方向；代表极限状态方程的梯度；代表梯度的Euclidean范数；代表步长；ρ代表调整步长大小的参数；k代表迭代计数器；I代表算法的第一阶段。5.根据权利要求4所述的一种结构可靠性分析方法，其特征在于，所述目标函数的表达式为：其中，f(z)代表目标函数；z代表标准正态空间下的迭代点；代表极限状态方程的梯度；代表的转置；c代表一个大于等于10的正数；所述目标函数的梯度的计算公式为：d
k
...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵卫，汪小平，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：