Statistical Dynamics and Reliability Theory for Mechanical Structures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Svetlitsky, Valery A./ Reshetov, N. L. (TRN)

出品人:

页数:454

译者:

出版时间:

价格:214

装帧:HRD

isbn号码:9783540442974

丛书系列:

图书标签:

• Statistical Dynamics
• Reliability Theory
• Mechanical Structures
• Structural Reliability
• Random Vibration
• Fatigue
• Durability
• Engineering Mechanics
• Probability
• Stochastic Processes

《工程结构可靠性分析与优化设计》 内容简介 本书聚焦于现代工程实践中对结构系统可靠性与耐久性提出的严峻挑战，旨在为机械、土木、航空航天等领域的工程师、研究人员及高级学生提供一套系统、深入且实用的分析与设计方法论。全书结构严谨，内容涵盖了从基础概率论与随机过程在工程中的应用，到复杂的结构失效模式识别、可靠性评估模型构建，再到基于性能的优化设计策略。 第一部分：工程随机性基础与量化 本部分为后续深入分析奠定坚实的理论基础。首先，我们详细回顾了工程实践中常见的随机变量类型、概率分布及其参数估计方法，重点讨论了在结构载荷（如风荷载、地震动、疲劳载荷谱）和材料强度（如屈服强度、极限拉伸强度、蠕变速率）中扮演关键角色的特定概率模型，例如威布尔分布、对数正态分布和伽马分布的适用性分析。 接着，本书深入探讨了随机过程理论在描述时变系统特性中的应用。我们详细阐述了平稳随机过程、遍历性、功率谱密度函数的概念，并将其应用于分析随机振动问题。针对机械结构中普遍存在的随机激励问题（如发动机振动、道路不平顺性），本书提供了基于频域和时域的响应分析方法，包括模态叠加法在随机载荷下的推广应用，以及如何利用谱密度函数来预测结构的均方根响应和峰值响应。 第二部分：结构失效模式与可靠性建模 本部分的核心在于建立结构性能与失效概率之间的量化联系。我们首先界定了“可靠性”的严谨工程定义，区分了寿命可靠性、概率可靠性指标（$eta$ 值）和极限状态函数（Limit State Function, LSF）的概念。 随后，本书系统地介绍了确定性分析方法（如极限平衡法）向概率分析过渡的理论框架。重点讲解了可靠性分析的经典方法： 1. 一阶可靠性方法（FORM）与二阶可靠性方法（SORM）： 详细推导了基于极限状态函数梯度信息的可靠性指标计算流程，并讨论了在非线性失效面附近，SORM（如使用拉格朗日乘数法或改进的迭代算法）相比FORM在精度上的提升。 2. 蒙特卡洛模拟（MCS）及其改进方法： 阐述了直接蒙特卡洛模拟的原理及其在复杂多维随机输入问题中的局限性。着重介绍了高效抽样技术，包括重要性抽样（Importance Sampling, IS）和马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法，这些方法极大地提高了罕见事件（即低概率失效）模拟的效率和准确性。 3. 局部可靠性指标（LRF）与基于部位的分析： 针对大型复杂结构，讨论了如何分解系统可靠性问题，并计算特定构件或失效模式的局部可靠性指标，这对于工程设计中的规范制定至关重要。 第三部分：疲劳、损伤累积与寿命预测 结构在循环载荷下的疲劳失效是机械结构可靠性面临的主要挑战之一。本部分专注于疲劳可靠性理论。 我们首先回顾了经典的应力-寿命法（S-N曲线）和应变-寿命法（$epsilon$-N曲线）的物理基础和应用边界。在此基础上，本书引入了基于断裂力学的疲劳裂纹扩展分析，包括线性弹性断裂力学（LEFM）和增量断裂力学（Incremental Fracture Mechanics）在疲劳寿命预测中的应用。 关键内容包括： Miner 累积损伤准则的局限性与修正： 讨论了 Miner 准则在处理载荷谱随机性和载荷路径依赖性（如载荷顺序效应）时的不足，并引入了更先进的累积损伤模型，如概率疲劳累积损伤模型。 随机疲劳分析： 结合随机过程理论，研究在随机循环载荷作用下结构疲劳寿命的概率分布，包括如何利用随机振动理论和疲劳损伤演化方程进行耦合分析。 高周疲劳与低周疲劳的统一框架： 探讨了如何建立一个能够覆盖不同应力水平的统一疲劳寿命模型，并结合损伤容限设计理念。 第四部分：系统可靠性与结构优化 可靠性分析的最终目标是实现结构性能的优化。本部分探讨了如何将可靠性指标作为目标函数或约束条件，指导结构设计。 1. 系统可靠性结构： 详细分析了串联系统、并联系统以及混合系统的可靠性计算方法。重点讨论了系统失效模式之间的相关性建模，这在大型桥梁、飞机机翼等结构中至关重要。我们应用了二元有序 BDD（Binary Ordered Decision Diagrams）和割集/束集分析法来高效地处理高阶相关性。 2. 基于可靠性指标的优化设计（RBD）： 阐述了如何将 FORM/SORM 的结果集成到非线性规划求解器中。目标函数通常是最小化成本或重量，而约束条件则是确保所有关键性能指标（如失效概率或可靠性指标 $eta$）满足预设的安全阈值。本书提供了多种约束处理技术，包括迭代权重法和代理模型法（如使用响应面法或克里金模型来替代昂贵的可靠性分析）。 3. 性能化设计（Performance-Based Design）： 引入了现代工程设计的前沿理念。对于地震工程和航空结构，不再仅仅满足于某个固定的概率水平，而是要求结构在不同设计地震或不同运行载荷情景下，达到特定的性能状态（如“可运行”、“生命安全”或“立即投入使用”）。本书展示了如何利用概率区间和边缘分布来量化这些性能目标。 总结 本书内容紧密联系实际工程案例，通过大量的数值示例和图示，确保读者能够透彻理解理论在实际工程问题求解中的应用。它不仅是一本关于概率可靠性理论的教科书，更是一本指导工程师如何通过科学量化方法，设计出更安全、更经济、更具耐久性的下一代工程结构的实用手册。

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