Структурная надежность - это применение теорий инженерной надежности к зданиям и, в более общем плане, структурный анализ. [1] [2] Надежность также используется как вероятностная мера структурной безопасности. Надежность конструкции определяется как вероятность дополнения отказа. Разрушение происходит, когда общая приложенная нагрузка превышает общее сопротивление конструкции. Структурная надежность стала известна как философия проектирования в двадцать первом веке, и она может заменить традиционные детерминированные способы проектирования [3] и обслуживания. [2]
Теория
В исследованиях надежности конструкций и нагрузки, и сопротивления моделируются как вероятностные переменные. При таком подходе рассчитывается вероятность разрушения конструкции. Когда нагрузки и сопротивления являются явными и имеют свою собственную независимую функцию, вероятность отказа можно сформулировать следующим образом. [1] [2]
( 1 )
где вероятность отказа, - кумулятивная функция распределения сопротивления (R), а - плотность вероятности нагрузки (S).
Однако в большинстве случаев распределение нагрузок и сопротивлений не является независимым, и вероятность отказа определяется с помощью следующей более общей формулы.
( 2 )
где 𝑋 - вектор основных переменных, а G (X), который называется функцией предельного состояния, может быть линией, поверхностью или объемом, на его поверхности берется интеграл.
Подходы к решению
Аналитические решения
В некоторых случаях, когда нагрузка и сопротивление явно выражены (например, уравнение ( 1 ) выше) и их распределения являются нормальными , интеграл уравнения ( 1 ) имеет следующее решение в замкнутой форме.
( 3 )
Моделирование
В большинстве случаев нагрузка и сопротивление не распределяются нормально. Следовательно, аналитическое решение интегралов уравнений ( 1 ) и ( 2 ) невозможно. В таких случаях можно использовать моделирование методом Монте-Карло . [1] [4]
Рекомендации
- ^ a b c Мелчерз, Р. Э. (2002), «Анализ и прогнозирование структурной надежности», 2-е изд., Джон Вили, Чичестер, Великобритания .
- ^ а б в Пирйонези, Сайед Мадех; Таваколан, Мехди (9 января 2017 г.). «Модель математического программирования для решения задач оптимизации затрат и безопасности (CSO) при обслуживании конструкций». KSCE Журнал гражданского строительства . 21 (6): 2226–2234. DOI : 10.1007 / s12205-017-0531-Z .
- ^ Чой, С.К., Гранди, Р., и Кэнфилд, Р.А. (2006). Конструктивное проектирование, основанное на надежности. Springer Science & Business Media .
- ^ Окаша, Н.М., и Франгополь, Д.М. (2009). Многоцелевая оптимизация технического обслуживания конструкций, ориентированная на весь срок службы, с учетом надежности системы, избыточности и стоимости жизненного цикла с использованием GA. Структурная безопасность, 31 (6), 460-474 .