一种基于新的自适应代理模型的桥式起重机主梁可靠性计算方法

技术领域

本发明属于起重机械技术领域，具体涉及一种桥式起重机结构的可靠性，适用于通用桥式起重机的可靠性评估，也适用于其他桥式起重机结构类型可靠性评估。

背景技术

桥式起重机是一种常见的起重设备，该设备在很多工程领域中使用。一旦桥式起重机结构发生失效，轻则严重影响生产效率，重则导致人员伤亡。因此，在桥式起重机的设计和评估阶段得出准确的桥式起重机结构可靠度尤为重要。

现有的桥式起重机结构的评估方法不够贴合实际，评估中考虑的参数少和失效模式简单。于此同时，由于桥机的结构极限状态方程复杂导致评估计算其失效概率困难，加上现有的方法是对大量的样本进行计算，这些因素导致起重机主梁结构的可靠性评估困难且效率低下。

发明内容

为了解决现有的桥式起重机主梁可靠度评估方法效率低下和对于变量数据需求量大的问题，本发明公布了一种基于自适应代理模型的桥式起重机主梁可靠性评估方法。本方法只需对起重机结构的有限元模型进行少量调用，便可以进行可靠度的评估计算，而且本方法利用的分析结果建立一种自适应循环的代理模型来代替起重机结构复杂的极限状态函数，因此本方法可以使用少量的数据达到较高的精确度。

本发明所述的基于自适应代理模型的桥式起重机主梁可靠性评估方法是通过以下步骤实现的。

1)首先构造桥式起重机参数化有限元分析模型，该模型考虑了桥式起重机的两种最危险工况：满载小车位于跨端和跨中。

2)分析桥式起重机的失效模式，桥式起重机主梁结构的极限状态函数分别为：g

3)确定影响桥式起重机可靠度的变量容量N和桥式起重机的相关变量参数，其中包括均布载荷F

4)加权抽样抽取的影响起重机主梁可靠度的初始训练变量，权重为样本概率密度函数值的倒数

5)利用选取的初始变量进行有限元分析，得出每组变量对应的分析结果，分析结果为起重机的静应力和静位移。

6)利用实际的起重机主梁结构的极限状态函数对初始变量进行分类，极限状态函数小于零的分为失效点，极限状态函数大于零的分为安全点。

7)利用输入变量和对应的极限状态函数值建立替代模型，替代模型的种类选择克里金替代模型，其表达式为G(x)＝f(x)

8)将失效点和安全点组合起来，以失效点为基准，找到每个失效点距离最近的安全点，将每组中的失效点和安全点连接起来，将连接线划分为多个部分，并获得相应的端点。

9)对每组的一系列端点进行选择，该选择过程利用一个优化程序，优化过程为：

10)利用优化选择后的点再次建立克里金替代模型，对于第一次循环，将这些优化选择后的点作为初始实验点。

11)在变量容量N中确定下一个最佳初始实验点。计算变量容量N中每个点的学习函数值，并标记拥有最小学习函数值的点。

12)判断变量容量中的点集是否满足精度要求，如果满足该条件那么克里金代理模型结束，如果不满足将那么将拥有最小学习函数值的点添加到步骤13中；

13)估计起重机结构的失效概率，利用蒙特卡洛模拟法估计结构的失效概率，故障类型包含两种工况下的三种失效模式，桥式起重机结构的可靠性失效判定为 P

附图说明

图1桥式起重机的危险工况图。

图2为桥式起重机失效模式示意图。

图3为一种基于新的自适应代理模型的桥式起重机主梁可靠性计算方法。

具体实施方式

下述实施例仅为本发明的优选技术方案，并不用于对本发明进行任何限制。对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

1)定义可靠性计算问题，选取32吨通用桥式起重机为计算实例。

2)选择起升载荷、材料的弹性模量、跨度及截面惯性矩为影响可靠度的指标，此处仅是选取一些对可靠度影响较大的因素作为评价指标；其对应的概率分布函数假定为正态分布，其对应的值如下表所示。

表1参数的标准差与均值

3)建立桥式起重机有限元模型。

4)蒙特卡罗法产生2×10

5)对样本点的权重进行计算，权重为概率密度的倒数；

6)利用选择的样本点和结果建立克里金代理模型。

7)利用起重机结构的实际极限状态对样本进行分类，样本的极限状态函数小于零为失效域，样本的极限状态函数大于零为安全域。对样本点进行分组，以失效域的样本点为基准找到与之最近的安全点。

8)每组样本点进行连线，等分成100个部分，取各部分端点。对这些端点进行优化选择。

9)将选好的端点带入克里金代理模型自适应循环，满足精确度条件后停止。

10)计算结果如表2所示

表2计算结果

11)因此该实例的结构的可靠度为：97.30％％。

12)由于本方法与蒙特卡罗模拟法结果对比，相对误差为-0.25％，本方法有较高的精度。