可靠度理论论文范文精选

摘要：本文从地下结构可靠度分析必须涉及到的几个方面，即岩土参数的概率特征，作用效应的随机分析；针对岩土工程特点的可靠度指标计算方法等介绍了国内外，主要是国内的若干研究成果。还介绍了铁路等部门结合修订隧道设计规范开展可靠度研究的方向。

关键词：可靠度地下结构岩土参数概率特征

1.前言

地下结构和其它岩土工程一样，在整个设计过程中存在大量的不确定性。传统方法设计时用一个笼统的安全系数来考虑众多不确定性的影响。对各参数、变量都假定未定值。这就是常规的定值设计法。虽然以后对某些参数（如材料的强度）取值时也用数理统计方法找出其平均值或某个分位值，但未能考虑各参数的离散性对安全度的影响。所以安全系数法不能真正反映结构的安全储备。

60年代末期，数理统计和概率方法在结构设计中成功应用，鼓励和启发了隧道工作者寻求用概率方法研究地下工程中各种不确定性并估计他们的影响。进入70年代，可靠度分析方法扩大到更多的设计领域。但是，这种方法仍然受到一些岩土工作者的反对和质疑。原因在于岩土工程本身的机理比较复杂，有些问题还没有充分认识；岩土工程概率方法还处在发展阶段，不少概念还不很明确，计算方法也不够简便；一些人对概率论和方法不很熟悉。这些困难也促使一些岩土工作者潜心钻研，他们吸收地面结构概率分析成果，针对岩土和地下工程的特点开展专题攻关，虽未完全解决技术上的关键，也取得了可喜的成果。研究表明，概率和可靠度分析方法在不确定性越严重的问题中越能显示出活力来。

1992年，国家技术监督局《工程结构可靠度设计统一标准》，作为其它各类工程结构设计共同遵循的准则。铁路、公路、水利、港口等行业先后开展结构设计统一标准的编制工作。作为上述各类工程的重要组成部分的隧道及地下工程，采用概率极限状态设计也提到日程上来。一些技术难题有待继续攻克，实用化问题也要同时解决。目前，可靠度分析在地下工程中的应用正在经历由粗糙到精细，由简单到复杂再回到简单并进入实用这一过程。

2.岩土参数概率特征的研究

确定围岩的物理力学参数和原始应力状态时分析地下结构力学行为的先决条件。对于重要的大型结构（如水电站地下厂房等）通常要在周围地层钻孔取样并进行一系列试验以取得有关参数。交通用途隧道纵向长度比横向长度大得多，经过的围岩也回变化，通常按各类围岩的综合力学参数进行计算。引入可靠度后，必须考虑这些物性参数的概率特征。这方面的研究成果对地下结构可靠度分析至关重要。

摘 要：20世纪40年代以来，许多国家开始研究在结构设计规范中的应用，使结构可靠性理论的应用进入一个新的时期。本文根据文献资料，从结构可靠性理论研究的历史、现状、桥梁结构可靠性理论研究现状、工程结构可靠性发展趋势等方面对桥梁工程结构可靠性理论研究进行了综述。

关键词：工程结构 可靠度 综述

中图分类号： N945 文献标识码： A 文章编号：

一、结构可靠性理论研究历史

1939年，英国航空委员会出版的《适航性统计学注释》一书中，首次提出飞机故障率不应超过10-5次3h，这可以认为是最早的飞机安全性和可靠性定量指标；二战后期，德国的火箭专家R.Lusser首次对产品的可靠性作出了定量表达。他提出用概率乘积法则，将系统的可靠度看成是各个子系统可靠度的乘积，从而算得V-Ⅱ型火箭诱导装置的可靠度为75%；1942年，美国麻省理工学院一个研究室开始对真空管的可靠性进行深入的调查研究工作。1952年成立的“电子设备可靠性咨询组”，简称AGREE(Advisory Groupon Reliability of Electronic Equipment)。该组织于1957年发表了著名的《电子设备可靠性报告》。报告中提出了一套完整的评估产品可靠性的理论和方法。该报告被公认为是可靠性研究的奠基性文献。1965年，国际电子技术委员会(IEC)设立了可靠性技术委员会TC-56，协调了各国间可靠性术语和定义、可靠性的数据测定方法、数据表示方法等。上世纪60年代以来，可靠性的研究已经从电子、航空、宇航、核能等尖端工业部门扩展到其他多个部门。

结构可靠性理论的产生，是以20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析为标志，在结构可靠度理论发展初期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如1911年匈牙利的卡钦奇提出用统计数学的方法研究荷载及材料强度问题；1926年德国的迈耶提出了基于随机变量均值和方差的设计方法，这是最早提出应用概率理论进行结构安全度分析的学者之一。1935年斯特列律茨基，1947年尔然尼钦和苏拉等人相继发表了这方面的文章，结构安全度的研究逐渐开始进入了应用概率论和数理统计学的阶段。值得指出的是，弗罗伊登彻尔和尔然尼钦等人同时开展了结构可靠性的研究工作。他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程界的赞同和接受。1947年他发表了“结构安全度”一文，奠定了结构可靠性的理论基础。

从20世纪40年代初期到60年代末期，是结构可靠性理论发展的主要时期。现在所说的经典结构可靠性理论概念大致就是这一时期出现的。随着结构可靠性理论研究工作的深入，经典的结构可靠性理论得到了全面的发展。基于概率论的结构设计方法逐渐被工程界所接受。但在这一时期，结构可靠性理论还未能马上被工程界广泛应用。因此，二十世纪60年代初期，许多学者致力于克服上述困难的研究。例如林德等人把规范化的结构设计问题定义为寻求一套荷载和抗力系数的最优值问题，他们建议采用一种迭代过程确定结构的安全度和造价，康奈尔（C.A.Cornell）等人提出了与尔然尼钦相同的一次二阶矩法，并建立了比较系统实用的一次二阶矩设计方法。

二、国内外工程结构可靠性理论研究现状

摘要：20世纪40年代以来，结构可靠性理论有了长足的发展，尤其是许多国家开始研究在结构设计规范中的应用，使结构可靠性理论的应用进入一个新的时期。本文根据文献资料，从结构可靠性理论研究的历史、现状、桥梁结构可靠性理论研究现状、工程结构可靠性发展趋势等方面对桥梁工程结构可靠性理论研究进行了综述。

关键词：工程结构可靠度综述

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。

一、结构可靠性理论研究历史

长期以来，人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量。这种靠人们经验评定其产品可靠、比较可靠、不可靠，没有一个量的标准来衡量。1939年，英国航空委员会出版的《适航性统计学注释》一书中，首次提出飞机故障率不应超过10-5次3h，这可以认为是最早的飞机安全性和可靠性定量指标[1]；二战后期，德国的火箭专家R.Lusser首次对产品的可靠性作出了定量表达。他提出用概率乘积法则，将系统的可靠度看成是各个子系统可靠度的乘积，从而算得V-Ⅱ型火箭诱导装置的可靠度为75%[2]；1942年，美国麻省理工学院一个研究室开始对真空管的可靠性进行深入的调查研究工作。二战期间，军用电子设备的大量失效使美国付出了相当惨重的代价。于是引起了美国军方对可靠性问题的高度重视，同时率先对可靠性问题进行了系统地研究，并于1952年成立了“电子设备可靠性咨询组”，简称AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment)。该组织于1957年发表了著名的《电子设备可靠性报告》。报告中提出了一套完整的评估产品可靠性的理论和方法。该报告被公认为是可靠性研究的奠基性文献。1965年，国际电子技术委员会(IEC)设立了可靠性技术委员会TC-56，协调了各国间可靠性术语和定义、可靠性的数据测定方法、数据表示方法等。上世纪60年代以来，可靠性的研究已经从电子、航空、宇航、核能等尖端工业部门扩展到电机与电力系统、机械设备、动力、土木建筑、冶金、化工等部门[3]。

结构可靠性理论的产生，是以20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析为标志，在结构可靠度理论发展初期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如1911年匈牙利布达佩斯的卡钦奇就是提出用统计数学的方法研究荷载及材料强度问题；1926年德国的迈耶提出了基于随机变量均值和方差的设计方法，这是最早提出应用概率理论进行结构安全度分析的学者之一。1926～1929年，前苏联的哈奇诺夫和马耶罗夫制定了概率设计的方法，但当时方法不够严格，因此，未付诸实施。1935年斯特列律茨基，1947年尔然尼钦和苏拉等人相继发表了这方面的文章，结构安全度的研究逐渐开始进入了应用概率论和数理统计学的阶段。值得指出的是，弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时开展了结构可靠性的研究工作。他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程界的赞同和接受。1947年他发表了“结构安全度”[4]一文，奠定了结构可靠性的理论基础。

从20世纪40年代初期到60年代末期，是结构可靠性理论发展的主要时期。现在所说的经典结构可靠性理论概念大致就是这一时期出现的。随着结构可靠性理论研究工作的深入，经典的结构可靠性理论得到了全面的发展。基于概率论的结构设计方法逐渐被工程界所接受。但在这一时期，结构可靠性理论还未能马上被工程界广泛应用，其原因如下[5]：

1．传统的确定性结构设计方法当时在人们头脑中根深蒂固，认为没必要改变已用的结构设计方法，而且，结构的失效很少发生，即使发生结构失效，绝大数是由于人为差错造成的，并非结构设计方法问题。

摘要：20世纪40年代以来，结构可靠性理论有了长足的发展，尤其是许多国家开始研究在结构设计规范中的应用，使结构可靠性理论的应用进入一个新的时期。本文根据文献资料，从结构可靠性理论研究的历史、现状、桥梁结构可靠性理论研究现状、工程结构可靠性发展趋势等方面对桥梁工程结构可靠性理论研究进行了综述。

关键词：工程结构可靠度综述

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。

一、结构可靠性理论研究历史

长期以来，人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量。这种靠人们经验评定其产品可靠、比较可靠、不可靠，没有一个量的标准来衡量。1939年，英国航空委员会出版的《适航性统计学注释》一书中，首次提出飞机故障率不应超过10-5次3h，这可以认为是最早的飞机安全性和可靠性定量指标[1]；二战后期，德国的火箭专家R.Lusser首次对产品的可靠性作出了定量表达。他提出用概率乘积法则，将系统的可靠度看成是各个子系统可靠度的乘积，从而算得V-Ⅱ型火箭诱导装置的可靠度为75%[2]；1942年，美国麻省理工学院一个研究室开始对真空管的可靠性进行深入的调查研究工作。二战期间，军用电子设备的大量失效使美国付出了相当惨重的代价。于是引起了美国军方对可靠性问题的高度重视，同时率先对可靠性问题进行了系统地研究，并于1952年成立了“电子设备可靠性咨询组”，简称AGREE(AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment)。该组织于1957年发表了著名的《电子设备可靠性报告》。报告中提出了一套完整的评估产品可靠性的理论和方法。该报告被公认为是可靠性研究的奠基性文献。1965年，国际电子技术委员会(IEC)设立了可靠性技术委员会TC-56，协调了各国间可靠性术语和定义、可靠性的数据测定方法、数据表示方法等。上世纪60年代以来，可靠性的研究已经从电子、航空、宇航、核能等尖端工业部门扩展到电机与电力系统、机械设备、动力、土木建筑、冶金、化工等部门[3]。

结构可靠性理论的产生，是以20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析为标志，在结构可靠度理论发展初期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如1911年匈牙利布达佩斯的卡钦奇就是提出用统计数学的方法研究荷载及材料强度问题；1926年德国的迈耶提出了基于随机变量均值和方差的设计方法，这是最早提出应用概率理论进行结构安全度分析的学者之一。1926～1929年，前苏联的哈奇诺夫和马耶罗夫制定了概率设计的方法，但当时方法不够严格，因此，未付诸实施。1935年斯特列律茨基，1947年尔然尼钦和苏拉等人相继发表了这方面的文章，结构安全度的研究逐渐开始进入了应用概率论和数理统计学的阶段。值得指出的是，弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时开展了结构可靠性的研究工作。他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程界的赞同和接受。1947年他发表了“结构安全度”[4]一文，奠定了结构可靠性的理论基础。

从20世纪40年代初期到60年代末期，是结构可靠性理论发展的主要时期。现在所说的经典结构可靠性理论概念大致就是这一时期出现的。随着结构可靠性理论研究工作的深入，经典的结构可靠性理论得到了全面的发展。基于概率论的结构设计方法逐渐被工程界所接受。但在这一时期，结构可靠性理论还未能马上被工程界广泛应用，其原因如下[5]：

1．传统的确定性结构设计方法当时在人们头脑中根深蒂固，认为没必要改变已用的结构设计方法，而且，结构的失效很少发生，即使发生结构失效，绝大数是由于人为差错造成的，并非结构设计方法问题。

摘 要：20世纪40年代以来，结构可靠性理论有了长足的发展，尤其是许多国家开始研究在结构设计规范中的应用，使结构可靠性理论的应用进入一个新的时期。本文根据文献资料，从结构可靠性理论研究的历史、现状、桥梁结构可靠性理论研究现状、工程结构可靠性发展趋势等方面对桥梁工程结构可靠性理论研究进行了综述。关键词：工程结构 可靠度 综述

Abstract: Since the 1940s, structural reliability theory has made great progress, especially in many countries have begun to study the structural design specification into a new period, so that the application of structural reliability theory. Based on the literature, from the structure reliability theory study of the history, status quo, the status quo of bridge structural reliability theory research engineering structure reliability trends and other aspects of bridge engineering structure reliability theory research are reviewed.Key words: engineering Structural Reliability Summary

中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

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。一、结构可靠性理论研究历史长期以来，人们就广泛采用“可靠性”这一概念来定性评价产品的质量。这种靠人们经验评定其产品可靠、比较可靠、不可靠，没有一个量的标准来衡量。1939年，英国航空委员会出版的《适航性统计学注释》一书中，首次提出飞机故障率不应超过10-5次3h，这可以认为是最早的飞机安全性和可靠性定量指标[1]；二战后期，德国的火箭专家R.Lusser首次对产品的可靠性作出了定量表达。他提出用概率乘积法则，将系统的可靠度看成是各个子系统可靠度的乘积，从而算得V-Ⅱ型火箭诱导装置的可靠度为75%[2]；1942年，美国麻省理工学院一个研究室开始对真空管的可靠性进行深入的调查研究工作。二战期间，军用电子设备的大量失效使美国付出了相当惨重的代价。于是引起了美国军方对可靠性问题的高度重视，同时率先对可靠性问题进行了系统地研究，并于1952年成立了“电子设备可靠性咨询组”，简称AGREE(Advisory Groupon Reliability of Electronic Equipment)。该组织于1957年发表了著名的《电子设备可靠性报告》。报告中提出了一套完整的评估产品可靠性的理论和方法。该报告被公认为是可靠性研究的奠基性文献。1965年，国际电子技术委员会(IEC)设立了可靠性技术委员会TC-56，协调了各国间可靠性术语和定义、可靠性的数据测定方法、数据表示方法等。上世纪60年代以来，可靠性的研究已经从电子、航空、宇航、核能等尖端工业部门扩展到电机与电力系统、机械设备、动力、土木建筑、冶金、化工等部门[3]。结构可靠性理论的产生，是以20世纪初期把概率论及数理统计学应用于结构安全度分析为标志，在结构可靠度理论发展初期，只有少数学者从事这方面的研究工作，如1911年匈牙利布达佩斯的卡钦奇就是提出用统计数学的方法研究荷载及材料强度问题；1926年德国的迈耶提出了基于随机变量均值和方差的设计方法，这是最早提出应用概率理论进行结构安全度分析的学者之一。1926～1929年，前苏联的哈奇诺夫和马耶罗夫制定了概率设计的方法，但当时方法不够严格，因此，未付诸实施。1935年斯特列律茨基，1947年尔然尼钦和苏拉等人相继发表了这方面的文章，结构安全度的研究逐渐开始进入了应用概率论和数理统计学的阶段。值得指出的是，弗罗伊登彻尔差不多和尔然尼钦等人同时开展了结构可靠性的研究工作。他提出的在随机荷载作用下结构安全度的基本问题首次得到工程界的赞同和接受。1947年他发表了“结构安全度”[4]一文，奠定了结构可靠性的理论基础。从20世纪40年代初期到60年代末期，是结构可靠性理论发展的主要时期。现在所说的经典结构可靠性理论概念大致就是这一时期出现的。随着结构可靠性理论研究工作的深入，经典的结构可靠性理论得到了全面的发展。基于概率论的结构设计方法逐渐被工程界所接受。但在这一时期，结构可靠性理论还未能马上被工程界广泛应用，其原因如下[5]：1．传统的确定性结构设计方法当时在人们头脑中根深蒂固，认为没必要改变已用的结构设计方法，而且，结构的失效很少发生，即使发生结构失效，绝大数是由于人为差错造成的，并非结构设计方法问题。2．基于概率理论的结构设计方法似乎比传统的确定性结构设计方法麻烦，涉及到当时比较难处理的统计数学问题。3．当时有用的统计数据极少，不足以定义重要的荷载、强度的尾部分布。除上述妨碍结构可靠性理论应用的原因外，当时结构可靠性理论本身也面临两大难题：（1）结构可靠性理论所采用的数学模型不足以完全准确地反映应用情况，即模型误差是未知的。（2）即使是对一个简单的结构，其失效模式可能多到难以计数，更不用说进行可靠度分析。因此，二十世纪60年代初期，许多学者致力于克服上述困难的研究。例如林德等人把规范化的结构设计问题定义为寻求一套荷载和抗力系数的最优值问题，他们建议采用一种迭代过程确定结构的安全度和造价，康奈尔（C.A.Cornell）等人提出了与尔然尼钦相同的一次二阶矩法，并建立了比较系统实用的一次二阶矩设计方法，利用结构的可靠指标β，而不是失效概率Pf，，作为结构可靠性的一种量度量，使结构的可靠性理论达到实用的目的。二、国内外工程结构可靠性理论研究现状二十世纪70年代至80年代，是结构可靠性理论完善并被各国规范、标准相继采用时期，自从康奈尔（C.A.Cornell）提出了一次二阶矩法之后，林德（N.C.Lind）根据康奈尔（C.A.Cornell）的可靠指标，推证出一整套荷载和抗力安全系数，这次研究使可靠度分析与实际可接受的设计方法联系起来。随后，德国的拉克维茨（R.Rackwitz）和菲斯勒（B.Fiessler），对基本变量为非正态分布情况提出了一种等价正态变量求法，这种方法经过系统改进之后，作为结构安全度联合委员会（JCSS）的文件附录推荐给土模工程界。该方法也被许多国家规范所采纳，我国的《建筑结构设计统一标准》（GBJ 68-84）[6]也是以该方法作为可靠性校准的基础[7]。

三、桥梁结构可靠性理论研究现状桥梁可靠性设计要解决的问题是[8]：在结构承受外荷载和结构抗力的统计特征已知的条件下，根据规定的目标可靠指标，选择结构(构件)截面几何参数,使结构在规定的时间内，在规定的条件下，保证其可靠度不低于预先给定的值。可靠性的数量描述一般用可靠度。我国对结构可靠度的研究只限于理论方面，且侧重于可靠度设计方面，对结构耐久性方面的研究，特别是对耐久性评估理论的研究还很落后。实际上对现有桥梁结构做出正确的可靠性评估，准确预测出其剩余寿命，才能保证结构在寿命延续期内的安全性，节省大量的维修加固资金。我国在桥梁设计过程中，存在着考虑强度多而考虑耐久性少;重视强度极限状态不重视使用极限状态;重视桥梁结构的建造而忽视其检测和维护，使结构安全性存在不同程度的隐患和缺陷。近几年来，国内发生的几起大桥坍塌或局部破坏事故在很大程度上是由于构件疲劳损坏(如结构开裂、变形过大等)所导致，从而严重影响桥梁结构的承载能力和使用性能。为了保证桥梁安全运营、延长其使用寿命以及提高桥梁的安全性和耐久性，减少早期桥梁病害，从而节约后期桥梁的维修费用，因而对桥梁结构可靠性研究非常必要和迫切[9]。四、工程结构可靠性理论研究发展趋势进入二十世纪80年代后，结构系统的可靠性理论研究工作已经成为结构工程中的研究热点，并已出版了许多专著，对于复杂的结构系统可靠度分析和先进的计算方法蓬勃发展。概括而言，如下几方面是结构可靠度理论研究的热点：1．结构系统的可靠度分析。对于结构系统可靠度分析的非常复杂的研究课题，许多学者对此从不同角度进行了研究，提出了一些概念和方法。如结构可靠度分析的一阶矩概念及荷载为Ferry Borges Castanheta组合情况下的计算方法问题；利用系统系数，针对结构各种破坏水平所对应的极限状态不同，计算系统可靠度并进行结构设计的方法；利用蒙特卡洛（Monte-Carlo）法采用重要抽样技术计算结构系统的可靠度等，同时，一些学者还研究了系统可靠度界限的问题。总之，系统可靠度分析研究内容丰富，难度较大。2．对结构极限状态分析的改进，除考虑强度极限状态外，还应考虑结构的正常使用极状态、破坏安全极限状态，以及地震和其他特殊情况下考虑能量耗损极限状态等。3．目标可靠度的量化问题。虽然校准法已经部分解决了这个问题，但与实际情况相比，这方面的问题还远远没有解决。4．人为差错的分析。许多结构的失效并非由荷载、强度的不确定性造成，而往往是设计、施工、使用等环节中人为差错造成的，这方面事例很多，已成为目前研究热点之一。5．在役结构的可靠性评估与维修决策问题。对在役建筑结构的可靠性评估与维修决策正成为建筑结构学的边缘学科，它不仅涉及结构力学、断裂力学、建筑材料科学、工程地质学等基础理论，而且，与施工技术、检验手段、建筑物的维修使用状况等有密切的关系。同时，经典的结构可靠性理论，在在役结构的可靠性评估中也必将得到相应的发展。6．模糊随机可靠度的研究[10]。模糊随机可靠度理论研究是工程结构广义可靠度理论研究的重要内容，随着模糊数学理论与方法的完善，模糊随机可靠度理论也必将进一步完善和发展。五、结语桥梁工程问题的解决总是理论与工程经验的结合，掌握的知识越多，主观经验越少，桥梁结构的设计越合理，这也正是桥梁工程技术研究追求的目标。桥梁结构可靠度理论研究是内容极其丰富且复杂的重大研究课题，不仅仅在理论上有许多重大问题需要解决，而且，将其应用到桥梁结构设计、评估及维修决策之中尚有许多细致的工作要做。参考文献[1] 王超，王金等．机械可靠性工程[M]．北京：冶金工业出版社．1992．[2] 刘惟信．机械可靠性设计[M]．第一版,北京：清华大学出版社．1995．[3] 拓耀飞，李少宏．论结构可靠性的发展[J]．榆林学院学报．2006,16(4):32-35．[4] A.M.Freudenthal,Safety of structures,Trans.ASCE,112(1947) ．[5] 刘玉彬．工程结构可靠度理论研究综述[J]．吉林建筑工程学院学报,2002,19(2):41-43．[6] 中华人民共和国国家标准．建筑结构设计统一标准(GBJ 68－84)．北京,1985．

[7] 贡金鑫，赵国藩．国外结构可靠度理论的应用与发展[J]．土木工程学院．2005,38(2):1-7．

[8]张建仁，刘扬．结构可靠度理论及其在桥梁工程中的应用[M]．北京：人民交通出版社．2003．

[9] 武芳飞，赵雷．桥梁结构可靠性研究的现状和发展[J]．工程结构．2004,24(5):60-61．[10] Ian M.Friedland and Edgar P. Small .Federal highway administration bridge research and

摘要：各种车辆的钢板弹簧多半为中心受载的简支叠板弹簧，本文讨论了多片钢板弹簧的可靠性设计方法。文中应用了数理统计中的鞍点逼近理论，在基本随机参数概率分布已知的前提下，应用鞍点逼近理论，编制多片钢板弹簧的可靠性计算程序，进而迅速准确地得到了多片钢板弹簧的可靠性设计信息。

关键词：钢板弹簧；鞍点逼近；可靠性设计

前言

可靠性学科就是定量的研究产品动态质量问题的一个学科。它对推动产品的设计、分析的现代化提供了必要的理论基础和分析方法，可靠性学科所包含的内容相当广泛，重要包括三个方面：可靠性数学、可靠性物理（失效分析）、可靠性工程。本章立足于国内为外可靠性方面的文献，总结了结构可靠性的基本理论以及结构可靠性的分析方法现状。鞍点逼近是由Daniels首次提出的一种非常有效的统计近似方法，鞍点逼近理论最大的特点就是公式简洁，计算速度快，逼近效果颇高，即使在极小样本量的情况下，也能够得到良好的逼近结果，这一优点在随机变量尾概率的求解上显得更加的突出[1-3]。

本文应用鞍点逼近技术对多片钢板弹簧进行了可靠性分析，在基本随机变量概率分布已知的情况下，可以迅速、准确地得到多片钢板弹簧随机响应的概率密度函数和累积分布函数，发展了机械零部件可靠性分析理论。

1.机械零件可靠性设计的鞍点逼近法

Y=g（X）概率密度函数（PDF）可以由下式表示[4]

（1）

摘要 为了适应现代化的机械系统应用要求，机械产品的可靠性设计正逐渐变得越来越重要。本文沿循传统机械系统可靠性设计的思路，先介绍了机械可靠性设计的内涵、特点和基本设计理论，之后结合现代思维和方法，简述了两种在传统设计方法上拓展递进而来的现代可靠性设计方法。

关键词 机械；可靠性设计；可靠性设计内涵；现代可靠性设计

中图分类号 TH122 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）102-0170-01

1 机械可靠性设计的内涵

机械可靠性的研究实际上源自于上世纪50年代对于电子产品的可靠性研究，其在各国率先开展的领域无一例外都是军工或航空航天领域。随着经济社会的不断发展，可靠性设计早已进入民用领域，并成为经济竞争的一大焦点。与常规的基于强度的机械设计相比，可靠性设计着重考虑了机械产品或零件的尺寸、材料以及其所承受的载荷的分散性和随机性，将原本基于强度理论的两个极端标准：载荷超出材料强度即不安全、载荷未超过材料强度即安全，转变为“安全的概率有多大”、“达到预期寿命的可能性有多大”，这种基于概率的可靠性设计思想和方法，是机械设计的一大进步。

所谓的机械可靠性，指的是机械系统或产品在规定的使用条件下、规定的时间内完成规定功能的能力，是衡量一种机电产品质量的重要指标。根据目前公认的定义，其内涵可以从4个层面进一步解释：机械系统或产品是可靠性设计的对象，其含义是广义的，既可以指整套的机械系统，也可以指单个设备、零件或是子系统；规定的时间是可靠性设计的核心，因为可靠性是产品的时间质量指标，是产品质量能够维系多长时间的标准，一般而言产品的可靠性会随着时间的增加而减小；规定的使用条件是可靠性设计的前提，不同的使用条件其可靠性设计就肯定不同，离开了规定的条件，谈论可靠性就毫无意义；规定功能是可靠性设计的实质，可靠性设计是在保证机械系统的使用功能的前提下，尽量延长其使用功能的存在时间。

2 机械可靠性设计的特点和基本理论

通常来讲，机械可靠性的设计具有以下几个特点：

上海众深科技股份有限公司南京分公司， 南京 201203）

摘 要：虽然随着高新技术的大步前进，我国的机械制造业也呈现跳跃式发展。但由于多方面原因，我国机械行业的发展相对于国外还是比较落后，可靠性研究更是相对滞后，为了改变这一现状，研究可靠性成了赤手可热的任务。本文介绍了可靠性的发展历史及国内外发展现状；分析了可靠性基础理论研究热点及常用方法，展望了其发展方向；阐述了可靠性优化设计注意事项；论述了可靠性试验的发展。

关键词：可靠性；发展；寿命；优化设计

0 引言

现代机械产品质量是否合格的四大指标[1]分别为：可靠性、安全性、经济性、性能，而可靠性是其最核心指标，并成为机械领域关注的焦点。产品可靠性的高低成了各大公司产品销售的关键点，也是其竞争手段。

所谓可靠性就是指在规定时间和条件下产品完成特定功能的能力，可分为：固有可靠性、使用可靠性和环境适应性。机械系统随着科技发展的脚步变得越来越精密、越来越复杂，研究机械的可靠性就成了急需解决的问题。对可靠性的研究包括很多方面，如：可靠性工程技术、可靠性试验、可靠性优化等问题。本文将从多方面对可靠性的发展做出总结。

1 可靠性研究发展史

在国外，对可靠性研究相对较早。早期的可靠性研究多用于电子产品和军工产品。1939年，英国专家用概率论分析飞机的可靠度[2]，这也是最早的飞机可靠性定量指标。1958年，日本成立了专门的可靠性研究委员会，并于1971年召开了一次全国范围的学术研究。从第二次世界大战开始，美国开始对电子设备和导弹系统的可靠性问题进行研究。最具影响力的是由美国国防部于1952年成立的可靠性咨询组，该小组由军队、工业、学术领域的专家及在可靠性发展上有推动或决定性作用的组织组成。该小组在1957年发表的一篇名为《军用电子设备可靠性》的报告，为可靠性成为独立的学科立下了重要的里程碑。

文章编号：16742974(2014)04003306

收稿日期：20130417

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51178337，50708076）；科技部国家重点实验室基础研究项目（SLDRCE11B01）；同济大学土木工程学院光华基金资助项目

作者简介：唐和生（1973-），男，安徽安庆人，同济大学副教授，博士

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摘要：采用证据理论作为传统概率的替代方法处理不精确的数据信息，提出了基于证据理论的可靠性优化设计方法.该方法针对给定的失效概率许用值Pf，通过计算证据理论的不确定测度Pl(F)，以Pl(F)

关键词：证据理论；微分演化；可靠性优化设计；形状优化

中图分类号：TU318；TU323.4 文献标识码：A

【摘要】作为公路设计的基础，科学合理的路线设计对于我国公路的兴建有着重要的现实意义。但是，在实际工作中，公路路线设计可参考的设计指标仍具有一定的不确定性以及随机性，从而使得公路路线设计中存在一定的不合理性，降低了路线设计的科学性。所以，本文在分析公路路线设计重要性的基础上，以可靠度理论为原则，探究路线设计的影响因素，并提出更具优势性的路线设计可靠度理论分析方法，以切实提高公路路线设计的实际可靠性。

【关键词】公路设计；路线设计；可靠度理论；重要性；影响因素；可靠度理论

公路建设中的路线设计是现代公路建设施工的基础，科学合理的路线设计不仅能够保持线形的连续性，引导驾驶人员的行驶视线，以提高车辆行驶的稳定性与安全性，同时，其对公路沿线居民的生活质量也有一定的促进作用。

现今，随着人们生活水平的提高，私家车的数量与日俱增，而公路路线设计实际可靠性的地位也日益提升。当前，交通事故频繁发生，提高公路路线设计的实际可靠性刻不容缓。所以，本文在分析公路路线设计重要性的基础上，以可靠度理论为探究前提，分析当前影响公路路线设计的因素，并提出更具优势性的分析方法，以切实提高公路路线设计的实际可靠度，保证车辆的安全行驶。

一、公路路线设计的重要性

1、促进我国公路交通运输的发展

当前，我国公路仍以传统的方式建设施工。但现今世界汽车工业发展迅速，公路车辆的行车速度也在不断地提升。同时，交通流量的剧增，使得我国许多公路在交通高峰期常常会陷入瘫痪状态，导致公路基本使用功能的丧失。所以，科学可行的公路路线设计，能够基于我国交通发展的基本国情，以新的技术理论为基础，提高公路建设的使用性能，增强我国公路交通的运行效率，以促进我国公路交通运输的发展。

2、保障车辆的行车安全