浅谈可靠度理论
浅谈可靠度理论
工程结构的安全性历来是工程设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。
结构可靠度理论的形成始于人们对结构工程中各种不确定性的认识，人们开始较为集中的讨论结构安全度问题，将概率分析和概率设计的思想引入实际工程。如果一种理论分析的结果能指导工程实践，或者说能为工程带来巨大的经济或社会效应，那么这种理论就具有强大的生命力。可靠性科学作为一门与应用紧密相连的基础学科，其生存的立足点就在于推广其应用于工程实际。
1.结构可靠度概述
1.1结构可靠度相关概念
结构所要满足的功能要求是指结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求：
1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用
2、在正常使用时具有良好的工作性能
3、在正常维护下具有足够的耐久性
4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性
在以上四项功能要求中，第1、4两项通常指结构的强度、稳定，即所谓的安全性；第2项是指结构的适用性；第3项是指结构的耐久性，三者总称为结构的可靠性，即结构可靠性，是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。
在工程上，一般所说的可靠度，指的就是结构可信赖或可信任的程度。工程结构中的可靠度可表示为能承受在正常施工和正常使用时，可能出现的各种作用；在正常使用时，具有良好的作用性能；在正常维修和保护下，具有足够的耐久性能：在偶然事件（如地震，爆炸，撞击等）发生实际发生后，仍能保持所需的整体稳定性。度量结构可靠性的数量指标称为结构可靠度即为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。
结构的设计、施工和使用过程中存在大量的随机不确定性因素；荷载及结构
的抗力不是确定性的量，它们是随机变量，因此绝对可靠的结构设计是不存在的。由于结构的荷载和抗力存在随机不确定性，所以采用结构可靠度理论研究结构的可靠性问题是非常必要的
2．结构可靠度的计算方法
可靠度的计算方法从研究的对象来说可分为点可靠度计算方法和体系可靠度计算方法。由于可靠度研究本身的复杂性, 目前对结构体系可靠度的研究还很不成熟, 仍处于探索阶段。而结构点可靠度的计算方法已较成熟。主要有:一次二阶矩法、高次高阶矩法、蒙特卡罗法、响应面法、帕罗黑莫法及随机有限元法等。下面对其中几种常用的可靠度计算方法进行简单论述。
2.1一次二阶矩方法
一次二阶矩法是近似计算可靠度指标最简单的方法,只需考虑随机变量的一阶矩(均值)和二阶矩(标准差)和功能函数泰勒级数展开式的常数项和一次项,并以随机变量相对独立为前提,在笛卡尔空间内建立求解可靠指标的公式.因其计算简便,大多情况下计算精度又能满足工程要求,已被工程界广泛接受.基于一次二阶矩的分析方法主要有以下四种:
(l)中心点法
中心点法是结构可靠度研究初期提出的一种方法,其基本思想是首先将非线性功能函数在随机变量的平均值(中心点)处进行泰勒展开并保留至一次项,然后近似计算功能函数的平均值和标准差,进而求得可靠度指标,该法的最大优点是计算简便,不需进行过多的数值计算,但也存在明显的缺陷,即不能考虑随机变量的分布概型,只是直接取用随机变量的一阶矩和二阶矩;将非线性功能函数在随机变量均值处展开不合理,展开后的线性极限状态平面可能较大程度地偏离原来的极限状态曲面;当基本变量不服从正态或对数正态分布时,计算结果常与实际偏差较大.
(2)验算点法(JC)
验算点法，即Rackwitz和Fiessler提出后经Hasofer和Lind改进被国际结构安全度联合委员会JCSS所推荐的JC法，是针对中心点法的弱点，提出的改进方法。其特点是当功能函数Z为非线性时，不以通过中心点的超切平面作为线性近似，而以通过平面上的某一点处的超切平面作为线性近似，以避免中心点法的误差，
且当基本变量X具有分布类型的信息时,将X的分布在某点处以与正态分布等价的条件变换为当量正态分布，这样可使所得的可靠指标与失效概率之间有一个明确的对应关系，从而合理地反映分布类型的影响。
(3)映射变换法
JC法用当量正态化的方法将非正态随机变量“当量”为正态随机变量，从而应用正态随机变量可靠度的计算方法来计算结构的可靠指标。从计算过程上，映射变换法少了JC法的当量正态化过程但多了映射变换的过程，因而二者计算量基本相当。JC法在概念上比较直观，而映射变换法在数学上更严密一些。
(4)实用分析法
此法是由赵国藩院士在用Paloheimo和Hannus所提出的加权分位值方法中的某些概念后提出的。在该法中，当量正态化的方法是把原来的非正态变量X按对应于p或1一p有相同分位值的条件下，用当量正态变量X`代替，并要求当量正态变量的平均值群x，与原来的非正态变量X的平均值相等。与JC法相比，该法计算简单而精度相差不多。
2.2高阶矩方法
当功能函数在设计点附近的非线性程度较高时,一次二阶矩方法的计算结果误差较大,为此国内外学者提出采用高阶矩方法提高可靠度计算的精度,主要方
法包括二次二阶矩法三阶矩法和四阶矩法等，其中，李云贵和赵国藩(1992)基于最大熵理论对结构可靠度的四阶矩法进行了研究，推导了前四阶矩的近似表达式，并给出了失效概率的离散化计算公式。Zhao和0no针对FORM的不足，提出了二阶矩法、三阶矩法和四阶矩法，所提出的方法计算简单，不需要复杂的迭代过程和导数计算。许林和程耿东对Zhao和0no所提的矩法进行了讨论，并指出了该方法不足之处。
2.3蒙特卡罗(MonteCarlo)法
蒙特卡罗法是结构可靠度分析的基本方法之一，具有模拟的收敛速度与基本随机向量的维数无关、极限状态函数的复杂程度与模拟过程无关、无需将状态函数线性化和随机变量当量正态化、能直接解决问题、数值模拟的误差可由模拟次数和精度较容易地加以确定的特点。但是，当实际工程的结构破坏概率在10-5
以下时，该法的模拟数目就会相当大，进而占用大量时间。该法既可用来分析确
定性问题，也可用来分析不确定问题。由于具有相对精确的特点，除用于一些复杂情况的可靠度分析外，也常用于各种近似分析方法的计算结果校核。近年来，经过科技人员的努力，各种结合蒙特卡罗法降低方差的技巧应运而生，如对偶变量法、分层采样法、重要抽样法等均尽可能地减少了模拟抽样数，提高了计算效率，如图解渐进法和MonteCarlo递进法。
2.4响应面法
大型复杂结构的内力和位移一般要用有限元法进行分析，这时结构的响应与结构上作用荷载之间的关系不能再用一个显式表示。当对结构或结构构件进行可靠度分析时，所建立的极限状态方程也不再是个显式，从而造成了迭代求解可靠度的困难。响应面法是近10年发展起来的处理此类问题的一种有效方法，其基本思想是先假设一个包括一些未知参量的极限状态变量与基本变量之间的解析表
达式，然后用插值的方法来确定表达式中的未知参量。由于响应面法的精度是由表达式和插值点的位置确定的，所以这两方面便成为响应面法所要研究的主题。
3.工程结构可靠度的研究现状
3.1 腐蚀环境下结构的可靠度分析
对于钢筋混凝土结构, 其常见的腐蚀失效模式为:混凝土的碳化作用引起钢筋腐蚀、氯离子侵蚀引起钢筋局部腐蚀、硫酸盐或硫酸溶液对混凝土的腐蚀破坏.对腐蚀环境中混凝土结构的可靠度分析，目前国内外的研究多数集中在氯离子侵蚀环境中钢筋混凝土结构可靠度的变化，但对硫酸盐腐蚀地下混凝土结构使混凝土体积膨胀从而瓦解方面的研究还不是很多。而且在现今的这些研究中。有的未考虑结构设计参数(如混凝土强度、混凝土保护层厚度)对混凝土中钢筋锈蚀起始时间和钢筋锈蚀速度的影响，有的虽作了考虑但未考虑钢筋锈蚀起始时间与钢筋锈蚀速度的相关性(因为两者都与混凝土强度和混凝土保护层厚度有关．但到底成什么样的关系，还没有理论上的依据)，因此．可靠度分析结果不尽合理。对于其它原因引起的混凝土结构劣化，如受冻融循环作用或碱一骨料反应影响的结构，可靠度的分析并不是很多。基于可靠度的结构耐久性设计，研究成果也较少。
3.2对已有结构的可靠度评估
已有结构的可靠度论述的方法属“实用分析法”．是在传统经验法的基础上，结合现代检测手段和计算技术的一种评估方法，它是根据实测的材料强度的不确
定性和未来荷载的不确定性，直接用可靠度方法对结构安全性进行评估的方法．在具体分析已有结构的可靠度时，材料强度应采用实测值。但由于材料强度的不均匀性，分析中仍需作随机变量看待，而其平均值和变异系数取用实测结果：对于继续使用期内的荷载，也应根据继续使用期的长短作相应的调整。目前的已有结构可靠度分析方法。是以当时实测的结构材料强度和构件截西尺寸为依据的。没有考虑腐蚀环境中材料性能的变化，这就是还要完善的地方。但需要指出的是:结构的具体情况不同，其抗力的变化规律也各不相同，不能用从大量工程实践得到的结构抗力衰减模型来反映一个具体结构的抗力变化规律。因此，如何根据已有结构本身材料性能的实测结果，来推断该结构的抗力随时间的变化规律，进而计算该结构继续使用期内的可靠度或评估该结构的使用寿命，是已有结构可靠度研究的一项重要内容。对于已有结构的可靠度评估，要求以结构现场实测数据为依据，但有些情况下用传统的可靠度分析方法进行分析可能会有某些不便之处。为此需要使用专门的可靠度计算方法。
4.工程结构可靠度理论研究的发展趋势
4.1正常使用极限状态可靠度的研究
比起承载力破坏, 结构在正常使用极限状态中出现的裂缝、变形等问题要广泛的多, 对人民的正常生活影响也更为直接。因此, 对于正常使用极限状态的研究应加以深化。如使用状态的失效应明确界定;对影响使用的各种因素应进行研究，并以概率和可靠度形式加以探讨等。
4.2结构疲劳可靠度的研究
结构疲劳可靠度的分析包括结构或结构材料的疲劳性能、反复荷载的统计技术、疲劳累积损伤准则和可靠度分析方法等几个方面。混凝土结构疲劳问题的研究要比钢结构的研究相应晚一些，但是其发展速度较快，并且已经成为系统的分析计算理论。随着计算机技术的提高，重大工程和特殊建筑结构的疲劳可靠度设计得到了发展。通过计算机，可以测试结构构件荷载效应谱和进行统计分析。同时，在进行结构疲劳可靠度设计时，为了求得结构构件关键部位材料的应力谱, 需要了解材料在变幅重复应力下的变形性能，为此应加强对结构材料疲劳性能和材料本构关系的研究。
4.3 结构模糊可靠度的研究
结构的模糊可靠度就是应用模糊概率分析研究结构的可靠度。模糊性是由于边界的不清晰引起的，它是工程实际设计中两种不确定性中的一种。由于使用年限的增长，现有结构的安全性能越来越低。因此对结构随机模糊性的研究，对现有结构可靠度的评估具有重要的现实意义。
4.4结构动力可靠度的研究
结构动力可靠度的研究包括抗风结构可靠度的分析和抗震结构可靠度的研究。对抗风结构可靠度的研究，主要从安全度和舒适度来分析，其中安全度是重点。抗风结构的动力可靠度是指结构在强风作用下的安全度。对其的分析要涉及到风荷载的统计、结构动力特性的计算、结构静力及动力反应的统计、结构破坏的机理等，每个方面都十分复杂，需要认真地研究。
4.5结构体系可靠度的研究
对结构体系可靠度的分析主要包括选取失效模式和计算失效概率两个方面。寻找失效模式，主要是找失效概率值较大的，即主要失效模式。但是对于一个工程结构通常存在很多的失效模式，很难鉴别哪一个是主要的，寻找起来也比较困难。由于问题的复杂性，无论是理论上还是在应用上，都与工程要求有较大的差距。所以它是一个需要深入研究的问题，这种研究不只是对现有方法的进一步发展，更重要的是可能要改变研究的角度和采用性的研究方法。
5.结语
对工程结构可靠度理论方面还有很多课题需要进行大力研究，本文对可靠度的认识只是其中应用相对较多的一部分。由于不确定性是工程结构设计、施工和使用中存在的客观事实，因此，对可靠度理论的研究范围就非常广泛。不仅仅在理论上有许多重大问题需要解决，而且将其应用到结构设计、评估及维修决策之中尚有许多细致的工作要做。因此，土木工程结构的可靠性一直是设计者与使用者非常关心的问题。工程问题的解决是理论与工程经验的结合，掌握的知识越多，主观经验越少，结构的设计也就越合理，这正是我们土木工作者技术研究追求的目标。
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浅谈可靠度理论
浅谈可靠度理论 工程结构的安全性历来是工程设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。 结构可靠度理论的形成始于人们对结构工程中各种不确定性的认识，人们开始较为集中的讨论结构安全度问题，将概率分析和概率设计的思想引入实际工程。如果一种理论分析的结果能指导工程实践，或者说能为工程带来巨大的经济或社会效应，那么这种理论就具有强大的生命力。可靠性科学作为一门与应用紧密相连的基础学科，其生存的立足点就在于推广其应用于工程实际。 1.结构可靠度概述 1.1结构可靠度相关概念 结构所要满足的功能要求是指结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求： 1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用 2、在正常使用时具有良好的工作性能 3、在正常维护下具有足够的耐久性 4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性 在以上四项功能要求中，第1、4两项通常指结构的强度、稳定，即所谓的安全性；第2项是指结构的适用性；第3项是指结构的耐久性，三者总称为结构的可靠性，即结构可靠性，是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。 在工程上，一般所说的可靠度，指的就是结构可信赖或可信任的程度。工程结构中的可靠度可表示为能承受在正常施工和正常使用时，可能出现的各种作用；在正常使用时，具有良好的作用性能；在正常维修和保护下，具有足够的耐久性能：在偶然事件（如地震，爆炸，撞击等）发生实际发生后，仍能保持所需的整体稳定性。度量结构可靠性的数量指标称为结构可靠度即为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。 结构的设计、施工和使用过程中存在大量的随机不确定性因素；荷载及结构
建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-2001 中华人民共和国国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准 Unified standard for reliability design of building structures GB 50068-2001 主编部门：中华人民共和国建设部 批准部门：中华人民共和国建设部 施行日期：2002年3月1日 关于发布国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》的通知 建标[2001]230 号 根据我部“关于印发《一九九七年工程建设标准制订、修订计划的通知》”（建标[1997]108号）的要求，由建设部会同有关部门共同修订的《建筑结构可靠度设计统一标准》，经有关部门会审，批准为国家标准，编号为GB 50068-2001 ，自2002年3月1日起施行。其中1.0.5，1.0.8为强制性条文，必须严格执行，原《建筑结构设计统一标准》GBJ 68-84 于2002年12月31日废止。 本标准由建设部负责管理，中国建筑科学研究院负责具体解释工作。建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。 中华人民共和国建设部 2001年11月13日 前言 本标准是根据建设部建标[1997]108 号文的要求，由中国建筑科学研究院会同有关单位对原《建筑结构设计统一标准》(GBJ 68-84)共同修订而成的。 本次修订的内容有：
1.标准的适用范围:鉴于《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》在结构可靠度设计方法上有一定特殊性，从原标准要求的"应遵守"本标准，改为"宜遵守"本标准； 2.根据《工程结构可靠度设计统一标准》(GB 50153-92)的规定，增加了有关设计工作状况的规定，并明确了设计状况与极限状态的关系； 3.借鉴最新版国际标准ISO 2394:1998 《结构可靠度总原则》，给出了不同类型建筑结构的设计使用年限； 4.在承载能力极限状态的设计表达式中，对于荷载效应的基本组合，增加了永久荷载效应为主时起控制作用的组合式； 5.对楼面活荷载、风荷载、雪荷载标准值的取值原则和结构构件的可靠指标以及结构重要性系数等作了调整； 6.首次对结构构件正常使用的可靠度做出了规定，这将促进房屋使用性能的改善和可靠度设计方法的发展； 7.取消了原标准的附件。 本标准黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。 本标准将来可能需要进行局部修订，有关局部修订的信息和条文内容将刊登在《工程建设标准化》杂志上。 为了提高标准质量，请各单位在执行本标准的过程中，注意总结经验，积累资料，随时将有关的意见和建议寄给中国建筑科学研究院，以供今后修订时参考。 本标准主编单位：中国建筑科学研究院 本标准参编单位：中国建筑东北设计研究院，重庆大学，中南建筑设计院，四川省建筑科学研究院，福建师范大学。 本标准主要起草人：李明顺胡德炘史志华陶学康陈基发白生翔苑振芳戴国欣陈雪庭王永维钟亮戴国莹林忠民 1 总则 1.0.1 为统一各类材料的建筑结构可靠度设计的基本原则和方法，使设计符合技术先进，经济合理、安全适用、确保质量的要求，制定本标准。 1.0.2 本标准适用于建筑结构，组成结构的构件及地基基础的设计。
《工程荷载与可靠度设计原理》习题解答 1 荷载与作用 1.1 什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用有什么区别？ 结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约束变形产生的内力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。它们都是间接作用于结构，称为间接作用。 “荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。 1.2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？ 结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。 1.3 什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？ 荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值，组合值，频遇值和准永久值。荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值，其中荷载标准值是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。 2 重力作用 2.1 成层土的自重应力如何确定？ 地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。 2.2 土压力有哪几种类别？土压力的大小及分布与哪些因素有关？ 根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。 2.3 试述静止土压力、主动土压力和被动土压力产生的条件？比较三者数值的大小？ 当挡土墙在土压力作用下，不产生任何位移或转动，墙后土体处于弹性平衡状态，此时墙背所受的土压力称为静止土压力，可用E0表示。 当挡土墙在土压力的作用下，向离开土体方向移动或转动时，作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐减少，直至墙后土体出现滑动面。滑动面以上的土体将沿这一滑动面向下向前滑动，在滑动楔体开始滑动的瞬间，墙背上的土压力减少到最小值，土体内应力处于主动极限平衡状态，此时作用在墙背上的土压力称为主动土压力，可用E a表示。 当挡土墙在外力作用下向土体方向移动或转动时，墙体挤压墙后土体，作用在墙背上的土压力从静止土压力值逐渐增大，墙后土体也会出现滑动面，滑动面以上土体将沿滑动方向向上向后推出，在滑动楔体开始隆起的瞬间，墙背上的土压力增加到最大值，土体内应力处于被动极限平衡状态。此时作用在墙背上的土压力称为被动土压力，可用E p表示。 在相同的墙高和填土条件下，主动土压力小于静止土压力，而静止土压力又小于被动土压力，即：
可靠性理论基础复习资料 目 录 第一章 绪论 第二章 可靠性特征量 第三章 简单不可修系统可靠性分析 第四章 复杂不可修系统可靠性分析 第五章 故障树分析法 第六章 三态系统可靠性分析 第七章 可靠性预计与分配 第八章 寿命试验及其数据分析 第九章 马尔可夫型可修系统的可靠性 第一章：可靠性特征量 2.1 可靠度 2.2 失效特征量 2.3 可靠性寿命特征 2.4 失效率曲线 2.5 常用概率分布 2.1 可靠度 一、系统的分类：可修系统与不可修系统； 可修系统是指系统的组成单元发生故障后，经过维修能够使系统恢复到正常工作状态。 不可修系统是指系统或其组成单元一旦发生失效，不在修复，系统处于报废状态。 二、可靠性定义 产品在规定条件下，规定时间内，完成规定功能的能力。 1. 产品：可以是一个小零件，也可以指一个大系统。 2. 规定条件：主要是指使用条件和环境条件。 3. 规定时间：包括产品的运行时间、飞机起落架的起飞着陆次数、循环次数或旋转次数等。 产品可靠性是非确定性的，并且具有概率性质和随机性质。 广义可靠性与狭义可靠性 指可修复产品在使用中或者不发生故障（通过预防性维修），或者发生故障也易于维修，因而经常处于可用状态的能力。 广义可靠性 = 狭义可靠性 + 可维修性 广义可靠性典型事例：赛车 可靠性的分类：固有可靠性和使用可靠性 固有可靠性：通过设计、制造、管理等所形成的可靠性 (通常体现在产品的固有寿命上) 使用可靠性：产品在使用条件影响下，保证固有可靠性的发挥与实现的功能。 （通常体现在产品的实际使用寿命上） 使用条件：包括运输、保管、维修、操作和环境条件等。 例1:判断下面说法的正确性： 所谓产品的失效，即产品丧失规定的功能。对于可修复系统，失效也称为故障。（ √ ） 例2：可靠度R(t)具备以下那些性质？（BCD) A ．R(t)为时间的递增函数 B ．0≤R(t)≤1 C ．R(0)=1 D ．R(∞)=0 若受试验的样品数是N 0个，到t 时刻未失效的有Ns(t)个；失效的有N f (t)个。则没有失效的概率估计值，即可靠度的估计值为 可靠度是一个时间的函数，随时间的变化而变化，其取值在0-1之间。 00)()()()()()(N t N N N t N t N t N t N t R f s f s s -==+=
土木工程结构可靠度理论与设计 发表时间：2018-11-06T16:15:05.490Z 来源：《防护工程》2018年第18期作者：寇晖[导读] 可靠度又包括安全性、适用性、耐久性三个方面的问题，其是指在一定条件下，完成的土木工程结构功能达到预期的概率。其计算要综合各方面地质环境和其他因素共同分析。寇晖身份证号：429001198xxxx44992 摘要：在土木工程的结构设计中，首要考虑的便是可靠度的问题，可靠度又包括安全性、适用性、耐久性三个方面的问题，其是指在一定条件下，完成的土木工程结构功能达到预期的概率。其计算要综合各方面地质环境和其他因素共同分析。关键词：土木工程结构，可靠度由于土木工程施工环境复杂多样，故而影响其结构可靠性的因素也是千变万化，再加上受可能发生的地质变化、气候变化或是自然灾害的随机影响，对土木工程结构预期功能的工作效率不能直接盖棺定论，只能以概率来表示其可能拥有的工作效率，自然而然的就出现了了土木工程的可靠性问题。 一、土木工程结构可靠度概述土木工程结构可靠度，是指在规定的条件下，规定的时间内，工程结构能够达到的安全性、适用性以及耐用性。其中安全性是指在施工过程中在各种施工环境下正常施工能给予施工人员的安全保障以及土木工程自身的抗灾害能力以及对高强度气候变化的耐受性两个方面，适用性则是指土木工程结构在完成后能达到预期功能，而耐久性是指在正常的后勤保障下能够正常使用的时间。简单来讲，土木工程结构可靠度就是指在特定是时间与空间条件下，该土木工程结构完成后能够达到预期功能的概率。也就是说，可靠度问题就是一个概率问题，其主要表达的是对投入的预期收入的概率性评价。土木工程可靠度的计算需要综合原材料质量与数理、预期荷载、相关参数、函数的数理准确性等因素来共同考虑，在土木工程学界将这些因工程变化而变化的具有随机性的因素称为基本变量，并且在长期的实践与改进中，对每一个基本变量学界经过大量的统计计算得出了一个恒定定的数理函数。 二、土木工程结构可靠度的影响因素土木工程因需求而产生，其结构设计要充分考虑到雇主的需要，而后结合现场的实际情况，充分考虑到现场的地质状况与当地的气候环境等各项影响因素，才能设计出符合雇主需要且具有相当可靠性的土木工程结构。（一）土木工程结构的随机性在实际工作中，土木工程结构设计以及施工除了受地理气候环境的影响外，还受到原材料以及包括道路、机电工程等基础设施的限制。材料强度是考察结构材料可靠性的一种重要性能指标，指当材料受力时，材料每单位面积抵挡破坏的能力。可靠性要求材料具备安全稳定的性能。例如，混凝土是经过水泥、石料和水混合搅拌硬化而成的人造石材。水泥的质量和强度等级和使用的水量与使用水泥的配比是影响混凝土强度的重要因素。此外，对混凝土的养护条件和施工条件也会影响混凝土的强度性能。每一次土木工程施工，哪怕在同一地点同一时期进行的工程建设，由于施工原材料和基础设施的安装等不确定因素，同样的操作也可能出现不同的结果。例如原材料中的石料、砖瓦，不必说不同产地不同生产商的石料和砖瓦，即使是同一产地同一生产商生产的石料和砖瓦其检测出来的数据参数都有细微的差距。而其他的诸如钢材、水泥等原材料也是如此，这也就是原材料的随机性。（二）土木工程结构的模糊性模糊性，现实生活中很少有事物是完全确定的，任何事物都必定有其或大或小的模糊的地方，可能是某个概率、也可能是包含的某些因素，或者是与另一类似物品的界别中的某些因素，这些都是模糊可能存在的地方。在土木工程结构设计中，包含着大量的相对确定的客观因素和不少的相对模糊的客观因素或主观因素。例如土木工程施工过程中，设备使用是否安全，人员操作是否完全符合安全保障需要，材料是否适用于该部分建设，这些都是存在一定模糊性的，也正是这些模糊的因素，使得整个土木工程结构也具有相当的模糊性，影响着土木工程结构的可靠度。（三）土木工程结构的不完整性一项事物的功能不是该事物已经发生变完全产生的，就土木工程本身而言，其功能是随着结构的不断完善而出现的。这也就使得工作人员对其功能的评估由于结构的不完整而难以准确进行。而这种不完整性，也是影响着土木工程结构可靠性的一大重点。在实际工程施工中，这种不完整性使得工作人员难以做出准确的功能评价，在面对突发事件时很难采取最正确的应对方案。同时，由于自身的不完整，土木工程本身的功能也可能出现部分缺失，在面对诸如暴雨、强风甚至是地震等外来的具有破坏力的因素干扰时可能抵抗效果无法达到预期设计，从而影响最终建成时的工程质量，从而影响土木工程结构的功能。 三、提高土木工程结构可靠性的建议土木工程结构可靠度的存在，说明这其还无法达到完美或者接近完美的程度。那么在工程设计与施工中一定存在一些控制与改善的措施，从而提高可靠度或者使可靠度变得精准便于计算得失从而做出决策规避损失。（一）进行技术革新近几年，我国的建筑业仍处在高速发展的黄金时期，虽然其未然如何难以确定，但就现阶段而言，随着各项建设的不但进行，我仍有非常多的土木工程在进行或者计划进行。但高速发展也不是没有代价的，高速发展也就意味着很多基础建设或者基础技术有可能跟不上其发展的步伐。至少我国建筑业目前是如此。当前我国建筑行业采用的施工技术和施工手段以及原材料都有很多没有达到国际一流水准的地方，这也是当前我国急需改进的地方。也因此，此时的技术革新将带来更大的进步同时也能为建筑业的稳定发展提供更坚实的基础。（二）规范设计标准当前我国土木工程建设虽然发展迅速，但目前我国却没有一套完整的经得起考验的土木工程结构设计标准。因此，为了能够更好的规范我国的土木工程结构设计，也为了使得我国土木工程建设行业更加系统规范便于管理。我国可以适当借鉴国外的优秀标准制度，制定我国的设计标准，并在此基础上加强我国土木工程设计行业的管理，从设计管理层面进一步提高土木工程结构设计的可靠性。结束语
玻璃幕墙是1985年以来开始在我国应用的建筑幕墙，它是在铝合金门窗的基础上随着高层建筑的兴起而发展起来的轻质建筑外围护结构。 我国2002年开始实施新修订的{建筑结构可靠度设计统一标准(GB 50068-2001)和《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)及颈建筑抗震设计规范》(GB 50011-2001)三项国家标准。幕墒与门窗作为对建筑物理功能和人的安全使用有重大影响的建筑外围护结构与构件，必须按照这些标准及其强制性条文的要求进行结构设计计算，以保证其足够的可靠度。 铝合金玻璃幕墙与门窗是世界上应用最为成熟和目前应用最为广泛的金属框架建筑幕墒和门窗。我国《玻璃幕墒工程技术规范》(JGJ102-96)目前正在进行修订，《铝合金门窗工程技术规程》于2002年8月开始编制，尚未有建筑门窗工程设计规范。认真总结国内外技术与经验，对它们进行结构可靠度设计研究，正确编制我国的玻璃幕墒与门窗技术标准规范，以逐步建立起各种材料及型式的建筑幕墒与门窗结构可靠度设计、评估理论体系，对我国建筑幕墒与门窗工程实践和技术发展有着重要的现实意义和深远的历史意义。 建筑结构可靠度分析与设计原理 1．结构的可靠性 建筑结构是组成工业与民用房屋建筑包括基础在内的承重骨架体系，必须满足的基本功能要求是：(1)安全性：在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种作用：在设计规定的偶然事件发生时(如地震、火灾等)及发生后，仍能保
持必需的整体稳定性：(2)适刚性：在正常使用时具有良好的工作性能：(3)耐久性：在正常维护下具有足够的耐久性能。 结构的可靠性是结构安全性、适用性和耐久性的统称，是结构在规定的时间内和规定的条件下，完成预定功能的能力。 2．结构的可靠度 (1)结构的极限状态设计要求 影响结构可靠性的各种随机因素可归纳为二个均为随机变量的综合变量即结构的作用效应S和抗力R，结构的功能函数Z=g(R，5)=R-S也是随机变量。当Z>0时，结构处于可靠状态：当Z<0时，结构处于失效状态：当Z=R-S=0时。结构处于极限状态。结构的极限状态设计要求为：R-S>=O，即结构的抗力要大于等于其作用效应。 (2)结构的概率可靠度 由于影响结构可靠性的各种因素中荷载与作用的效应是变化不定的，结构的抗力R也是不确定的(构件材料性能不确定性、几何参数不确定性、计算模式不确定性)，因此结构设计所要求的Z=R-S>=0的可靠目标不可能绝对保证，只能在一定的概率意义下满足，即P（R>=S）=P，是结构的可靠概率。所以说，结构的可靠度是结构可靠性的定量描述，即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。而结构的失效概率Pf=1-PI。由于结构的失效概率一
《可靠性理论》模拟题（补） 一. 名词解释 1.可靠性：产品在规宦的条件下和规宦的时间内完成规宦功能的能力。 2.可靠性设计：系统可靠性设讣是描在遵循系统工程规范的基础上，在系统设汁过程中，采用一些专门技术，将可靠性“设计”到系统中去，以满足系统可靠性的要求。 3.最小割集和最小径集：最小割集就是引起顶上事件发生所必需的最低限度的割集。最小径集就是顶上事件不发生所需的最低限度的径集。 4.网络：连接不同点之间的路线系统或通道系统。 5.广义可靠性：广义可靠性是指产品在其整个寿命期限内窕成规宦功能的能力，它包括可靠性（即狭义可靠性）与维修性。 6.可靠性指标分配：指根据系统设讣任务书中规泄的可靠性指标（经过论证和确左的可靠性指标），按照一怎的分配原则和分配方法，合理的分配给组成该系统的各分系统、设备、单元和元器件，并将它们写入相应的设讣任务书或经济技术合同中。 7.降额设计：使元器件或设备工作时所承受的工作应力（电应力或温度应力），适当低于元器件或设备规泄的额迫值，从而达到降低基本故障率、提高使用可靠性的目的。 8.人机系统：抬人9其所控制的机器相互配合，相互制约，并以人为上导而完成规定功能的工作系统。 二. 填空题 1?可靠性的定义包含有五个方面的内容，它们是：业、便用条件、使用期限、规定的功能、概率等。 2.由三种失效率曲线所反应，表现产品在苴全部工作过程中的三个不同时期分别是：早期失效期、偶然失效期、耗损失效期。 3.对于可修复的产品，其平均无故障工作时间或平均故障间隔称为平均寿命° 4.失效率函数为常数几时，可靠度函数表达式可写为：R⑴=宀。 5.系统进行可靠度分配时，若已知各元件的预讣失效率，而进行分配的方法称为阿林斯分配法。 6.简单求解网络可靠度的常用方法有状态枚举法、全概率分解法、最小割集法、最小径集法、不交布尔代数运算规则。 7.割集和径集中反应导致顶上事件发生所必需的最低限度的是鱼墮速：反应顶上事件不发生所需的最低限度的是期磴集。 8.常用的可靠性特征量有：可靠度、失效率、'卜均寿命、町靠寿命等。
可靠性理论是以产品寿命特征为主要研究对象的一门综合性和边缘性科学，它涉及到基础科学、技术科学和管理科学的许多领域。对于结构可靠性这一学科，从其诞生到现在已经有了长足的发展：从基于概率论的随机可靠性到基于模糊理论的模糊可靠性以及近年来提出的非概率可靠性，使得这一理论日臻丰富和完善，并深入渗透到各个学科和领域。它的应用完善了传统的设计理论，极大地提升了结构和产品的质量，因此一直受到国内外学者的关注。可靠性理论在其发展过程中主要经历了五个时期： （1）萌芽期 可靠性理论早在十九世纪30～40年代已发展起来了。十七世纪初期由伽利略、高斯、泊淞、拉普拉斯等人逐步建立了概率论，奠定了可靠性工程的主要理论基础。十九世纪初布尔尼可夫斯基主编出版了一本概率论教程，同时他的学生马尔可夫建立了随机过程理论和大数定律，成为了维修性的理论基础。1939年瑞典专家威布尔提出了描述材料疲劳强度的威布尔分布。可靠性研究萌芽于飞机失事事件，1939年美国航空委员会出版的《适航性统计学注释》中，提出飞机事故率不应超过105 ／h。这里讲的事故率只是未能沿用可靠度的定义而已。 （2）摇篮期 50年代的电子管事件揭开了可靠性研究的序幕。50年代电子真空管的故障率增长迅速。使电子技术进步与失效间的矛盾十分突出。例如1941～1945年第二次世界大战期间，美国空军运往远东的机载电子设备在到达时就有60%已经失效，轰炸机的MTBF（无故障时间）不超过20小时。另外，1945年12月美国制成的第一台电子管计算机，整个计算机共有18000只电子管。但是，平均每33分钟就有一只失效。与此同时，1943年德国火箭专家R.Lusser第一次用概率乘法法则定量算出了V-2火箭诱导装置的可靠度R的值为0.75。第二次世界大战结束以后，美国国防部总结战争教训，提出了一个全新的问题——可靠性，并下令军队有关部门在今后的采购中只选择有可靠性指标的军需品。 （3）奠基期 60年代，美国成为可靠性发展最早的国家。1952年美国国防部成立AGREE 电子设备可靠性顾问团。同年，可靠性顾问团第一次提出了科学的可靠性定义。AGREE组织于1957年写出了一份较为系统的《电子设备可靠性报告》，较完整地
工程结构可靠度设计统一标准 第一章总则 第二章极限状态设计原则 第三章结构上的作用 第四章材料和岩土的性能及几何参数 第五章结构分析 第六章分项系数设计方法 第七章质量控制要求 附录一结构可靠指标计算的一次二阶矩法 附录二永久作用、可变作用和偶然作用举例 附录三永久作用标准值的确定原则 附录四可变作用标准值的确定原则 附录五可变作用准永久值和频遇值的确定原则附录六本标准用词说明 附加说明 第一章总则 第1.0.1 条为统一工程结构可靠度设计的基本原则和方法，使设计符合技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的要求，制定本标准。 第1.0.2 条本标准是制定房屋建筑、铁路、公路、港口、水利水电工程结构可靠度设计统一标准应遵守的准则。在各类工程结构的统一标准中尚应制定相应的具体规定。 第1.0.3 条本标准适用于整个结构、组成整个结构的构件以及地基基础，适用于结构的施工阶段和使用阶段。 第1.0.4 条工程结构必须满足下列功能要求： 一、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用； 二、在正常使用时，具有良好的工作性能； 三、在正常维护下，具有足够的耐久性能； 四、在设计规定的偶然事件发生时和发生后，能保持必需的整体稳定性。 第1.0.5 条结构在规定的时间内，在规定的条件下，对完成其预定功能应具有足够的可靠度，可靠度一般可用概率度量。 确定结构可靠度及其有关设计参数时，应结合结构使用期选定适当的设计基准期作为结构可靠度设计所依据的时间参数。 第1.0.6条工程结构设计宜采用分项系数表达的以概率理论为基础的极限状态设计方法。
第1.0.7条工程结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果（危及人的生命，造成经济损失，产生社会影响等）的严重性，采用表1.0.7规定的安全等级。 工程结构的安全等级表1.0.7 注：对特殊结构，其安全等级可按具体情况确定。 第1.0.8条工程结构中各类结构构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同。对其中部分结构构件 的安全等级可适当提高或降低，但不得低于三级。 第1.0.9条对不同安全等级的结构构件，应规定相应的可靠度。 第1.0.10条工程结构应按其破坏前有无明显变形或其它预兆区别为延性破坏和脆性破坏两种破坏类型。对脆性破坏的结构，其规定的可靠度应比延性破坏的结构适当提高。 第1.0.11条当有条件时，工程结构宜按结构体系进行可靠度设计。结构体系可靠度设计，应根据结构 破坏特点选定主要破坏模式，并通过结构选型或调正构件可靠度，提高整个结构可靠度设计的合理性。 第1.0.12条为了保证工程结构具有规定的可靠度，应对结构设计所依据的主要条件进行相应的控制。 应根据结构的安全等级划分相应的控制等级。对控制的具体要求，由有关的勘察、设计、施工及使用等标准专门规定。 第二章极限状态设计原则 第2.0.1条整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态应为该功能的极限状态。 对于结构的各种极限状态，均应规定明确的标志及限值。 第2.0.2条极限状态可分为下列两类： 、承载能力极限状态。这种极限状态对应于结构或结构构件达到最大承载能力或不适于继续承载的 变形 当结构或结构构件出现下列状态之一时，应认为超过了承载能力极限状态：1．整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡（如倾覆、滑移等）；2．结构构件或连接因材料强度被超过而破坏（包括疲劳破坏），或因过度变形而不适于继续承
钢结构原理与设计练习题 第1章 绪论 一、选择题 1、在结构设计中，失效概率P f 与可靠指标β的关系为（ B ）。 A 、P f 越大，β越大，结构可靠性越差 B 、P f 越大，β越小，结构可靠性越差 C 、P f 越大，β越小，结构越可靠 D 、P f 越大，β越大，结构越可靠 2、若结构是失效的，则结构的功能函数应满足（ A ） A 、0
8、大跨度结构常采用钢结构的主要原因是钢结构（B） A.密封性好 B.自重轻 C.制造工厂化 D.便于拆装 二、填空题 1、结构的可靠度是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。 2、承载能力极限状态是对应于结构或构件达到了最大承载力而发生破坏、结构或构件达到了不适于继续承受荷载的最大塑性变形的情况。 3、建筑机械采用钢结构是因为钢结构具有以下特点：1）______强度高、自重轻__________、2）_____塑性、韧性好_______________，3）______材质均匀、工作可靠性高______________。 4、正常使用极限状态的设计内容包括控制钢结构变形、控制钢结构挠曲 5、根据功能要求，结构的极限状态可分为下列两类：__承载力极限状态____ ______正常使用极限状态_____、 6、某构件当其可靠指标β减小时，相应失效概率将随之增大。 三、简答题 1、钢结构与其它材料的结构相比，具有哪些特点？ 2、钢结构采用什么设计方法？其原则是什么？ 3、两种极限状态指的是什么？其内容有哪些？ 4、可靠性设计理论和分项系数设计公式中，各符号的意义？ 第2章钢结构材料 一、选择题 1、钢材在低温下，强度（A），塑性（B），冲击韧性（B）。 (A)提高(B)下降(C)不变(D)可能提高也可能下降 2、钢材应力应变关系的理想弹塑性模型是（A）。
4．6 可靠性设计的基本概念与方法 一、结构可靠性设计概念 1．可靠性含义 可靠性是指一个产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力；而一个工业产品(包括像飞机这样的航空飞行器产品)由于内部元件中固有的不确定因素以及产品构成的复杂程度使得对所执行规定功能的完成情况及其产品的失效时间(寿命)往往具有很大的随机性，因此，可靠性的度量就具有明显的随机特征。一个产品在规定条件下和规定时间内规定功能的概率就称为该产品的可靠度。作为飞机结构的可靠性问题，从定义上讲可以理解为：“结构在规定的使用载荷／环境作用下及规定的时间内，为防止各种失效或有碍正常工作功能的损伤，应保持其必要的强刚度、抗疲劳断裂以及耐久性能力。”可靠度则应是这种能力的概率度量，当然具体的内容是相当广泛的。例如，结构元件或结构系统的静强度可靠性是指结构元件或结构系统的强度大于工作应力的概率，结构安全寿命的可靠性是指结构的裂纹形成寿命小于使用寿命的概率；结构的损伤容限可靠性则一方面指结构剩余强度大于工作应力的概率，另一方面指结构在规定的未修使用期间内，裂纹扩展小于裂纹容限的概率．可靠性的概率度量除可靠度外，还可有其他的度量方法或指标，如结构的失效概率F(c)，指结构在‘时刻之前破坏的概率；失效率^(()．指在‘时刻以前未发生破坏的条件下，在‘时刻的条件破坏概率密度；平均无故障时间MTTF(MeanTimeToFailure)，指从开始使用到发生故障的工作时间的期望值。除此而外，还有可靠性指标、可靠寿命、中位寿命，对可修复结构还有维修度与有效度等许多可靠性度量方法。 2．.结构可靠性设计的基本过程与特点 设计一个具有规定可靠性水平的结构产品，其内容是相当丰富的，应当贯穿于产品的预研、分析、设计、制造、装配试验、使用和管理等整个过程和各个方面。从研究及学科划分上可大致分为三个方面。 (1)可靠性数学。主要研究可靠性的定量描述方法。概率论、数理统计，随机过程等是它的重要基础。 (2)可靠性物理。研究元件、系统失效的机理，物理成固和物理模型。不同研究对象的失效机理不同，因此不同学科领域内可靠性物理研究的方法和理论基础也不同． (3)可靠性工程。它包含了产品的可靠性分析、预测与评估、可靠性设计、可靠性管理、可靠性生产、可靠性维修、可靠性试验、可靠性数据的收集处理和交换等．从产品的设计到产品退役的整个过程中，每一步骤都可包含于可靠性工程之中。 由此我们可以看出，结构可靠性设计仅是可靠性工程的其中一个环节，当然也是重要的环节，从内容上讲，它包括了结构可靠性分析、结构可靠性设计和结构可靠性试验三大部分。结构可靠性分析的过程大致分为三个阶段。 一是搜集与结构有关的随机变量的观测或试验资料，并对这些资料用概率统计的方法进行分析，确定其分布概率及有关统计量，以作为可靠度和失效概率计算的依据。
第1次作业，注释如下： 一、单项选择题(只有一个选项正确，共10道小题) 1. 可靠性的定义中，不包括的要素是（） (A) 规定的时间内 (B) 规定的条件下 (C) 完成规定的功能 (D) 规定的操作人员 正确答案：D 2. 失效率的浴盆曲线的三个时期中，不包括下列的（） (A) 早期失效期 (B) 随机失效期 (C) 多发失效期 (D) 耗损失效期 正确答案：C 3. 可靠性的特征量中，不包含下列的（） (A) 可靠度 (B) 失效率 (C) 平均寿命 (D) 性价比 正确答案：D 4. 在概率法机械设计中，应力和强度一般都认为是服从什么分布？（） (A) 正态分布 (B) 对数正态分布 (C) 威布尔分布 (D) 指数分布 正确答案：A 5. 当产品工作到有63.2%失效时的寿命叫（） (A) 中位寿命 (B) 特征寿命 (C) 可靠寿命 (D) 平均寿命 正确答案：B 6. 可靠性特征量失效率的单位可以是（）
(A) 菲特 (B) 小时 (C) 个 (D) 秒 正确答案：A 7. 三参数威布尔分布的三个参数中，不包含下列的（） (A) 位置参数 (B) 特征参数 (C) 尺度参数 (D) 形状参数 正确答案：B 8. 一个由三个相同的单元组成的3中取2系统，若该单元的可靠度均为0.8，则系统的可靠度为：（） (A) 0.512 (B) 0.992 (C) 0.896 (D) 0.764 正确答案：C 9. 有四个相同的单元组成的系统中，其可靠度最高的系统结构是：（） (A) 四个单元串联 (B) 四个单元并联 (C) 两两串联后再互相并联 (D) 两两并联后再互相串联 正确答案：B 10. 故障树分析方法的步骤不包括以下的：（） (A) 系统的定义 (B) 故障树的构造 (C) 故障树的评价 (D) 故障树的拆散 正确答案：D
结构可靠度基本理论 摘要：目前，在结构工程领域，人们越来越认识到，只有用概率和统计的方法，才能正确地处理结构设计和分析中存在的大量不确定因素，从而对结构的安全性做出科学的评估。近三十年来，结构可靠性理论得到了迅速的发展。它以概率论和统计学为数学工具，形成了一个相当完整的理论体系，它还发展了许多便于在工程实际中应用的计算方法，为结构安全性评估提供了强有力的手段。 关键词：疲劳失效、可靠度、可靠性指标 长期以来，在船舶与海洋工程领域，对结构的疲劳现象已进行了大量的研究，并在此基础上建立了可供实际应用的疲劳设计与分析方法。通常，结构的疲劳损伤和疲劳寿命采用Miner 线性累计损伤理论和S—N 曲线来计算。近年来，更为先进的断裂力学方法也越来越受到重视，并逐步得到了应用。目前，这两种方法已成为船舶与海洋工程结构疲劳设计与分析的两种相互补充的基本方法。但是，这两种方法以往都是在确定性的意义上使用的，在分析过程中，有关的参数都认为有确定的数值。而事实上，船舶与海洋工程结构的疲劳是一个受到大量因素影响的极其复杂的现象，大多数的影响因素从本质上说是随机的。例如，海洋中的波浪无规则地运动，由此引起结构内的交变应力就是一个随机过程。一艘船或海洋平台，用确定性方法进行疲劳分析时，若有关参数都取均值，那么计算所得的疲劳寿命可能是规定的设计寿命的数倍甚至数十倍。从表面上看，可以认为是充分安全 的。但是，若考虑到各参赛的不确定性，在同样的条件下，疲劳寿命大于 设计寿命的概率却可能很低，实际上并不能满足安全性的要求。
在结构可靠性理论中，各种影响结构安全的不确定因素都用随机变量或随机过程来描述；在充分考虑这些不确定因素的基础上，一个结构安全与否，用该结构在规定服务期内不发生破坏的概率来度量，这一概率称为结构的可靠度。很显然，对于受到大量不确定因素影响的船舶与海洋工程结构的疲劳问题，用结构可靠度理论来加以研究是非常适当的，可以对结构在疲劳方面的安全性做出比用确定性方法更加合理的评估。下面我将从以下几个方面来介绍我学到的结构可靠度基本理论： 极限状态 在工程实际中，结构受载后的响应必须满足一定的要求，例如安全性的要求、适应性的要求，或其他一些衡准。结构的极限状态定义为若超过此状态，结构就不能满足某一特定的要求。结构的极限状态主要有两类：一类是承载能力极限状态，它与结构的安全性要求有关，如屈服、失稳、疲劳、断裂等引起的结构破坏的状态；另一类是正常使用极限状态，它与结构的适应性要求有关，如过度的变形、过度的振动等导致结构不能正常使用的状态。结构超过极限状态称为“失效”，因此极限状态又称为“失效模式” 失效概率和可靠度 结构可靠性分析的任务就是要计算在规定时间内结构超过极限状态的概率，这一概率成为“失效概率”。可把在规定时间内结构不达到极限状态的概率定义为结构的“可靠度”。若用
《可靠性理论》模拟题（补） 一.名词解释 1.可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。 2. 可靠性设计：系统可靠性设计是指在遵循系统工程规范的基础上，在系统设计过程中，采用一些专门技术，将可靠性“设计”到系统中去，以满足系统可靠性的要求。 3. 最小割集和最小径集：最小割集就是引起顶上事件发生所必需的最低限度的割集。最小径集就是顶上事件不发生所需的最低限度的径集。 4. 网络：连接不同点之间的路线系统或通道系统。 5.广义可靠性：广义可靠性是指产品在其整个寿命期限内完成规定功能的能力，它包括可靠性（即狭义可靠性）与维修性。 6.可靠性指标分配：指根据系统设计任务书中规定的可靠性指标（经过论证和确定的可靠性指标），按照一定的分配原则和分配方法，合理的分配给组成该系统的各分系统、设备、单元和元器件，并将它们写入相应的设计任务书或经济技术合同中。 7. 降额设计：使元器件或设备工作时所承受的工作应力（电应力或温度应力），适当低于元器件或设备规定的额定值，从而达到降低基本故障率、提高使用可靠性的目的。 8. 人机系统：指人与其所控制的机器相互配合,相互制约,并以人为主导而完成规定功能的工作系统。 二.填空题 1.可靠性的定义包含有五个方面的内容，它们是：对象、使用条件、使用期限、规定的功能、概率等。 2.由三种失效率曲线所反应，表现产品在其全部工作过程中的三个不同时期分别是：早期失效期、偶然失效期、耗损失效期。 3.对于可修复的产品，其平均无故障工作时间或平均故障间隔称为平均寿命。 4.失效率函数为常数λ时，可靠度函数表达式可写为： t e t Rλ- = )(。 5.系统进行可靠度分配时，若已知各元件的预计失效率，而进行分配的方法称为阿林斯分配法。 6.简单求解网络可靠度的常用方法有状态枚举法、全概率分解法、最小割集法、最小径集法、不交布尔代数运算规则。 7.割集和径集中反应导致顶上事件发生所必需的最低限度的是最小割集；反应顶上事件不发生所需的最低限度的是最小径集。 8.常用的可靠性特征量有：可靠度、失效率、平均寿命、可靠寿命等。 9.产品失效率曲线一般可分为：递减型失效率曲线、恒定型失效率曲线、递增型失效率曲线。 10.为了使系统达到规定的可靠度水平，不考虑各单元的重要度等因素而给所有的单元分配
可靠性理论基础知识 1.可靠性定义 我国军用标准GIB 451A-2005《可靠性维修性保障性术语》中，可靠性定义 为：产品在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力。 “规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。 “规定时间”是指产品规定了的任务时间。 “规定功能”是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标。 可靠性的评价可以使用概率指标或时间指标，这些指标有：可靠度、失效率、平均无故障工作时间、平均失效前时间、有效度等。典型的失效率曲线是浴盆曲线，其分为三个阶段：早期失效期、偶然失效期、耗损失效期。早期失效期的失效率为递减形式，即新产品失效率很高，但经过磨合期，失效率会迅速下降。偶然失效期的失效率为一个平稳值，意味着产品进入了一个稳定的使用期。耗损失效期的失效率为递增形式，即产品进入老年期，失效率呈递增状态，产品需要更新。 1.1可靠性参数 1、失效概率密度和失效分布函数 失效分布函数就是寿命的分布函数，也称为不可靠度，记为)(t F 。它 是产品或系统在规定的条件下和规定的时间内失效的概率，通常表示为 )()(t T P t F ≤= 失效概率密度是累积失效概率对时间t 的倒数，记为f(t)。它是产品在 包含t 的单位时间内发生失效的概率，可表示为)() ()('t F dt t dF t f ==。 2、可靠度 可靠度是指产品或系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的概率。可靠度是时间的函数，可靠度是可靠性的定量指标。可靠度是时间的函数，记为 )(t R 。通常表示为?∞ =-=>=t dt t f t F t T P t R )()(1)()( 式中t 为规定的时间，T 表示产品寿命。 3、失效率 已工作到时刻t 的产品，在时刻t 后单位时间内发生失效的概率成为该产品时刻 t 的失效率函数，简称失效率，记为)(t λ。) (1) ()()()()()(''t F t F t R t F t R t f t -===λ。 4、不可修复的产品的平均寿命是指产品失效前的平均工作时间，记为MTTF （Mean Time To Failure)。?∞ =0)(dt t R MTTF 。 5、平均故障间隔时间（MTBF ）
可靠性理论与方法报告 报告名称：复杂系统的可靠性分析姓名：杨天元 学号：u200910106 班级：统计0902班
摘要 在本文中，先后对串联系统稳定性、并联系统稳定性以及复杂系统稳定性进行了较为详细的理论分析。并利用matlab进行相应的仿真，以验证理论计算的结果，同时还对三类系统进行了相应的灵敏度分析。 在串联系统中，系统的可靠性等于各部件可靠性之积。在串联系统可靠性灵敏性分析中发现，串联系统稳定性对可靠性最低的部件最为敏感。在并联系统中，系统的失效率等于各部件均失效的概率，并联系统中的关键部件是可靠性最高的部件。在复杂系统中，系统可靠性可由串联系统、并联系统可靠性的计算方法组合而得到，在灵敏度分析中发现，复杂系统可靠性对那些较为“薄弱”的部件的依赖性较大，具体来说，在串联系统中的薄弱部件是可靠性较低的部件，在并联系统中的薄弱部件是可靠性较高的部件。 关键字：串联系统，并联系统，复杂系统，可靠性，灵敏性分析
目录 摘要 .................................................................................................................................................. I I 1 序言 . (1) 可靠性数学 (1) 可靠性物理 (1) 可靠性工程 (2) 可靠性教育和管理 (2) 2 串联系统可靠性分析 (3) 串联系统 (3) 仿真 (3) 串联系统性能灵敏性分析 (6) 3 并联系统可靠性分析 (9) 并联系统 (9) 仿真 (9) 并联系统灵敏性分析 (12) 4 复杂系统可靠性分析 (15) 复杂系统 (15) 仿真 (16) 复杂系统灵敏性分析 (19) 总结与展望 (21)