Вероятностные расчёты НДС конструкций. Постановки задач, методы их решения презентация

Обобщённое условие безотказности по некоторому критерию работоспособности Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин) Q , R pS (S) Pf =

Слайд 1
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)
КАФЕДРА СТРОИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИКИ
С
ВГ




СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА
И НАДЁЖНОСТЬ
СТРОИТЕЛЬНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
Часть 3
ВЕРОЯТНОСТНЫЕ РАСЧЁТЫ

НДС КОНСТРУКЦИЙ.
ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧ, МЕТОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ

Слайд 2
Обобщённое условие безотказности
по некоторому критерию работоспособности
Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)



Q

, R





pS (S)




Pf = P ( R < Q )


S

pQ (Q) , pR (R)




Pf = P ( S < 0 ) = PS ( 0 )


0





– характеристика
безопасности
(индекс
надёжности,
reliability index)





Слайд 3
Постановки задач вероятностных расчётов
сооружений и конструкций
Принципиальная модель стохастического состояния объекта

Стохастическая
система


(объект
с вероятностными свойствами и параметрами)


Случайные входные
параметры

Случайные выходные
параметры



Случайные векторы
(многомерные
случайные величины)

Геометрические,
структурные,
жесткостные
характеристики системы;
свойства материалов;
нагрузки и воздействия

Параметры
напряжённо-
деформированного
состояния системы

Прямая (поверочная) задача вероятностного расчёта

По известным (заданным) вероятностным характеристикам входных параметров
определить стохастические характеристики выходных параметров.

Обратная (проектная) задача вероятностного расчёта

Определить вероятностные характеристики входных параметров,
обеспечивающие требуемые характеристики случайных выходных параметров.

Оптимизационная задача –

синтез стохастической системы, удовлетворяющей принятому
критерию оптимальности, при выполнении установленных ограничений
на случайные входные и выходные параметры.

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 4
Случайные векторы (многомерные случайные величины),
их характеристики и свойства

pX (X) = pX

(x1 , x2 ,…, xn ) – совместная плотность
распределения элементов
случайного вектора X
(аналог плотности распределения
px (x) случайной величины )

Схема алгоритма
построения математической модели pX (X)
на примере двумерной случайной величины
( n = 2 )









x



x1

x2
































































































x1 max

x2max

x1 min

x2 min












Δ x1

Δ x2

















nj /n0

0






( )/(Δ x1∙Δ x2)


pX ( x1 , x2 )

Представление функции pX ( x1 , x2 )
способом горизонталей


x1

x2

0















Размерность
[ x1∙ x2 ]–1

При произвольном n функция pX (X) описывает поверхность в (n +1)-мерном пространстве


Свойство:


Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 5
Функциональные характеристики случайного вектора
❖ Функция распределения случайного вектора
❖ Плотность

распределения i – го элемента


n – 1 раз


xi



pi (xi )


математическое ожидание элемента :

диcперсия элемента :


n раз


n раз


Числовые
характеристики
i – го элемента

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 6
❖ Совместная плотность распределения группы элементов Xk = { x1 x2

… xk }


n – k раз

Для i – го и j – го элементов ( k = 2 ):


xi

xj


n – 2 раза

Функциональные характеристики случайного вектора









Математические ожидания элементов:

Диcперсии элементов:


Числовые
характеристики
i – го и j – го элементов

Ковариация (смешанная дисперсия) элементов:




xi

xj

xi

xj













xi xj > 0

xi xj < 0




корреляционный момент

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 7
❖ Условная совместная плотность распределения группы элементов Xk = { x1

x2 … xk }

Функциональные характеристики случайного вектора



заданы

Поверхность ( при n = 2 – линия ) регрессии – геометрическое место
центров условного распределения некоторой с.в. при определённых
значениях всех остальных.






















































Л.р. xj | xi

Линия
регрессии
xi | xj

xi

xj

xj

xi

xj

xi

Линия
регрессии
xj | xi

Л.р. xi | xj

Л.р. xj | xi

Л.р. xi | xj

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 8
Числовые характеристики случайного вектора
❖ Вектор математических ожиданий координат центра распределения
Матрица

ковариаций ( ≡ матрица дисперсий )
(ковариационная матрица, корреляционная матрица)
























Если два элемента и независимые, то xi xj = xj xi = 0.



Если независимыми являются все элементы случайного вектора ,
то матрица дисперсий – диагональная: ;

при этом совместная плотность распределения










xi

xj

Л.р. xj | xi

Л.р. xi | xj

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 9
Числовые характеристики случайного вектора
Индексы и коэффициенты корреляции
Индекс

корреляции
(корреляционное отношение)

Коэффициент корреляции
(при линейной зависимости между и )




– слабая стохастическая зависимость между и

– зависимость между и , близкая к функциональной








Л.р. xj | xi

xj

xi

Л.р. xi | xj



xj

xi












Матрица коэффициентов (индексов) корреляции

В случае стохастически независимых
(некоррелированных) всех элементов
случайного вектора матрица r –
единичная диагональная:

r = E = diag [ 1 1 … 1 ]

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 10
Функции случайных аргументов,
определение их вероятностных характеристик
Задача : требуется определить функциональные

и / или числовые
вероятностные характеристики многомерной случайной величины – вектора , элементы которого являются функциями
случайного вектора с известной совместной плот-
ностью распределения pX (X).

При m = 1 и n = 1: ; для краткости u = u (x).


x

px (x)


u

pu (u)











Задана

Найти

x

u (x)

u (x +Δ x) =
= u + Δ u

Δ x



Условие равновероятности:




При Δx → dx Δu → du


px (x) ∙ dx = pu (u) ∙ du


px (x)

pu (u)


Здесь x = x (u) –
обращением зависимости u = u (x)

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 11
Функции случайных аргументов,
определение их вероятностных характеристик
При произвольных n и m

< n , аналогично выводу при n = 1 и m = 1:

При произвольных n и m ≥ n:


Для получения используются
любые n из m зависимостей u = u ( X )

Аналитическое определение плотности распределения функции
случайных аргументов



n – m раз


Частный случай:
m = n = 1

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 12
Функции случайных аргументов,
определение их вероятностных характеристик
П р и м е

р 1




x

px (x)

0 1 2 3 4 5 6






a

9a

25a

0,5



u

pu (u)




П р и м е р 2

Математическое ожидание

Дисперсия




Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 13
П р и м е р 2

Функции случайных аргументов,
определение их

вероятностных характеристик

При независимых нормально распределенных и :

Применение общей формулы в случае m = 1 < n = 2 даёт

где

тогда

В результате преобразований и интегрирования:


– н о р м а л ь н о е распределение
с математическим ожиданием

и дисперсией

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 14
Функции случайных аргументов,
определение их вероятностных характеристик

x
px (x)




x

px (x)





Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 15
П р и м е р 3

Линейная функция конечного числа случайных

аргументов

Функции случайных аргументов,
определение их вероятностных характеристик


Математическое ожидание

Дисперсия

Важное свойство: если все элементы вектора X = { x1 x2 … xn } – нормально
распределённые с.в., то линейная функция – также нормально распределённая.
В других случаях плотность pu (u) определяется в результате интегрирования.


Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 16



Требуется: найти функцию плотности распределения нормального напряжения

в поперечном сечении стержня при его осевом растяжении

П р и м е р 4

Функции случайных аргументов,
определение их вероятностных характеристик

Нагрузка и площадь сечения – независимые случайные величины с нормальным распределением




AF , AA –
коэффициенты
вариации

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Слайд 17



1
0
2
3
4
5
6
7



7,4082
4,7799
3,5043
2,4170
1,3035
0,5502
0,1819















4,8504
3,9696
2,4218
3,5104
1,2943
1,3318
1,3026
0,5459
0,1362
0,1727
0,1782
α =2,5
α =10
8
0,6 0,7 0,8 0,9

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5



Функции случайных аргументов,
определение их вероятностных характеристик

Требуется: найти функцию плотности распределения нормального напряжения
в поперечном сечении стержня при его осевом растяжении

П р и м е р 4

AF = 0,1
AA = 0,01

AF = 0,05
AA = 0,02



α = 10

α = 2,5


Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)


Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика