结构可靠性与风险评估

§1.3结构强度评定的概率方法——可靠性方法 一、可靠性定义： 可靠性：在规定时间和规定条件下，结构完成规定 功能的能力。 说明：⑴规定时间：通常指设计基准期（寿命期） 工业厂房：30~50年 ； 桥 住宅：60~80年 梁：100~200年 ；船舶：20~25年
二、基本做法
D D (q1 , q2 ,)
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我国的可靠性研究从60年代已经开始，70年代和 80年代得到了很大发展。 在现代生产中，可靠性研究已经深入到航空航天 、核工业、电力工业、船舶、建筑、计算机等各 个领域。可靠性技术已贯穿于产品的开发研制、 设计、制造、试验、使用、运输、保管及维修保 养等各个环节。
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英国于1962年出版了《可靠性与微电子学》（ Reliability and Microelectronics）杂志。法 国国立通讯研究所也在同一年成立了“可靠性中 心”，进行数据的收集与分析，并于1963年出版 了《可靠性》杂志。 前苏联在50年代就开始了对可靠性理论及应用的 研究。1964年，当时的苏联及东欧各国在匈牙利 召开了第一届可靠性学术会议，至1977年已先后 召开了四次这样的会议。
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1950年，美国成立了海陆空三军的“国防部电子 设备的可靠性专门工作组”，1952年改名为“电 子设备可靠性顾问团（AGREE）”。1957年该组织 发表了著名的“军用电子设备的可靠性”报告， 成为可靠性研究的奠基性文献。其内容包括九个 方面：
§1.2结构强度评定的确定性方法——许用应力法 一、基本方法 名义应力 许用应力
名义危险应力 s 安全系数k
名义载荷 (比如按静置法确定的波浪弯矩) 名义尺寸（实测的尺寸是否会与图纸标注的一致？）
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M max
max
Ql 8 M max w
I BH 12
3
I w z
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作用于结构上的载荷（要求）D （能力）C 结构的极限强度
C D 安全 C D 极限状态 C D 失效
C C (r1 , r2 ,)
⑵规定条件：通常指使用条件，维护条件， 环境条件和操作条件。 ⑶规定能力：通常用结构的各种性能指标来 描述。强度，刚度。
可靠度 R PC D Pf PC D 1 D 失效概率

F ( x) f ( x)dx

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产品可靠性的基本构成
零部件、材料 可 靠 性 RI 设计技术 制造技术 Ru 存储、运输、安装、维护 30% 40% 10% 20%
二、可靠性的重要性 例如，美国的宇宙飞船阿波罗工程有700万只元器件 和零件，参加人数达42万人，参予制造的厂家达1万 5千多家，生产周期达数年之久。 象这样庞大的复杂系统，一旦某一个元件或某一个 部件出现故障，就会造成整个工程失败，造成巨大 损失。所以可靠性问题特别突出，不专门进行可靠 性研究是难于保证系统可靠性的。
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三、本课的主要内容 1.绪论 2.概率论基础知识 3.结构可靠性的基本方法 4.结构系统可靠性 5.载荷和强度的统计分析 6.结构风险评估方法
§1.1概述 一、可靠性问题的提出与发展 可靠性的研究始于第二次世界大战； 电子设备的可靠性问题； 德国V-2火箭诱导装置。 50年代初期开始，更多地引入统计方法和概率概 念以后，定量的可靠性才得到广泛应用，可靠性 问题才作为一门新的学科被系统地加以研究。
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目录
结构可靠性与风险评估
第一章 绪论 第二章 概率论基础知识 第三章 结构可靠性的基本方法 第四Βιβλιοθήκη Baidu 结构系统可靠性 第五章 载荷和强度的统计分析 第六章 船舶总纵强度的可靠性分析 第七章 结构风险评估方法
D AB
P ( D ) P( AB) P( A) P( B A)
4 2 2 放回 6 6 9 4 2 4 6 5 15 不放回
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三、结构可靠性分析的过程 1. 确定结构有关的随机变量的分布概率及有关统计 量。 ⑴外来作用，如载荷； ⑵材料的机械性能； ⑶构件的几何尺寸及其在整结构中的位置。 2.获得结构的能力，从而建立结构的失效衡准。 3. 计算评价结构可靠性的各种指标，如可靠度、失 效概率、可靠性指标。
四、可靠性方法的特点 1.承认结构有破坏的可能。 2.可靠性贯彻于设计、建造、使用的全过程。 3.以概率统计理论为基础。
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例：
活动重量 Q l 固定重量 B H
三、存在的问题 1. 名不符实：各物理量以及构件尺寸、位置等均具 有一定随机性。 2.目的含混：不能明确给出结构的安全程度。 3.不同载荷不能区别对待： 大坝：汽车、波浪、潮汐等。

均值： x 特征值 统计 2 方差： x
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日本在1956年从美国引进可靠性技术。日本将可 靠性技术推广应用到民用工业部门取得了很大成 功。民用产品的质量得到很大的提高，赢得良好 的质量信誉，不到十年，它的工业增长年速度就 高达15%。
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3.随机变量的分布函数 变量X取值小于给定可能值x的概率成为X的分 布函数。
4.随机变量的数字特征——得自分布矩
k E x k x k f ( x)dx （k阶原点矩）

F ( x) PX x
(1) k=1，一阶原点矩
1 E x x f ( x) dx
3. A B ( AB)
P( AB) P ( A) P ( B A) P ( B ) P ( A B) P( A) P( B)
A、B相互独立
例：口袋里有6个球，4红2白，第一次抓红第二 次抓白的概率是多少？
第一次抓红：A 第二次抓白：B
P(A+B)=P(A)+P(B)=1/1000+5/1000=0.006=0.6%
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4.描述随机变量的方法
F ( x) PX x 分布律、分布函数 f ( x) DF ( x) dx
二、随机变量、分布律与数字特征 1. 随机变量：一个可能取多种可能值，但不能事先 知道实验结果中具体将取哪一个值的 变量称为随机变量。 例如抛硬币，正反面。 2. 分布律：为了描述随机变量，需要知道变量的全 部可能值和这些可能值的概率，这二者 结合起来构成随机变量的分布律。
（1）确定各种军用电子设备可靠性的最低要求，并根据系统各部件的重 要性、技术水平等来分配系统的可靠性。 （2）建立研制样机的可靠性评估方法、平均无故障工作时间（MTBF）的 测量方法及基于指数分布的序贯试验计划，以证明研制样机满足最低的可 靠性要求。 （3）制定试生产及批生产产品的可靠性评估程序和基于指数分布的MTBF 寿命试验计划。 （4）制定电子设备研制程序，以保证研制的设备具有合同所要求的固有 可靠性。 （5）基于失效率，制订电子元部件可靠性的分析方法及准则。 （6）确定已有的采购及合同的条例与可靠性文件的相容性，提出必要的 修改建议。 （7）确定运输、包装对产品可靠性的影响，提出改进措施。 （8）确定储存对设备可靠性的影响，提出改进措施。 （9）确定在使用中如何保持设备固有的设计可靠性水平的方法及程序。
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例： 发行彩票1000张，一等奖1张，二等奖5张（不可兼 得），买一张彩票的中奖概率？ 中一等奖：A 中二等奖：B 中奖：A+B
第二章 概率论基础知识
§2.1随机变量 §2.2连续随机变量的常用分布
§2.1随机变量 一、基本概念 1.概率对事件的描述 随机事件: 0<P<1 不可能事件:P=0 必然事件: P=1 2.A+B的含义 （一种结果，产生的原因有A和B） P(A+B)=P(A)+P(B)-P(AB) (A、B不相容，则AB=0)
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第一章 绪论
§1.1概述 §1.2结构强度评定的确定性方法 §1.3结构强度评定的概率方法
1969年，挪威学者N.Nordenstrom发表了首篇船体 结构可靠性分析的文章，他将低频波浪载荷看作 服从Weibull分布的随机变量，静水载荷和船体总 纵强度承载能力则服从正态分布，利用第三水平 法分析了船体失效概率。经过20年的努力，到上 世纪80年代中期，船体结构可靠性分析方法已经 基本建立起来了。