Implementation and Application of Non‑Intrusive Stochastic Finite Element Method Based on Stochastic Response Surface Method

GUAN Xingyu; OU Erfeng; ZHANG Xuxu; LIU Yikun

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20230715001

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Implementation and Application of Non‑Intrusive Stochastic Finite Element Method Based on Stochastic Response Surface Method

更新时间：2025-03-10

- Implementation and Application of Non‑Intrusive Stochastic Finite Element Method Based on Stochastic Response Surface Method
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 45, Issue 1, Pages: 233-239(2025)
- 作者机构：
  
  兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州 730070
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20230715001
  CLC： TU391
- Received：15 July 2023，
  
  Revised：2024-01-19，
  
  Published：15 February 2025
- 稿件说明：
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管性钰,欧尔峰,张旭旭等.基于随机响应面法的非侵入式随机有限元方法实现与应用[J].防灾减灾工程学报,2025,45(01):233-239.

GUAN Xingyu,OU Erfeng,ZHANG Xuxu,et al.Implementation and Application of Non‑Intrusive Stochastic Finite Element Method Based on Stochastic Response Surface Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(01):233-239.
管性钰,欧尔峰,张旭旭等.基于随机响应面法的非侵入式随机有限元方法实现与应用[J].防灾减灾工程学报,2025,45(01):233-239. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230715001.

GUAN Xingyu,OU Erfeng,ZHANG Xuxu,et al.Implementation and Application of Non‑Intrusive Stochastic Finite Element Method Based on Stochastic Response Surface Method[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2025,45(01):233-239. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230715001.

摘要

随着可靠度理论的进一步发展，如何求解隐式功能函数下的结构可靠度成为难题，非侵入式随机有限元法是目前解决此难题的重要手段。为此发展了基于随机响应面法的非侵入式随机有限元方法。利用MATLAB和ANSYS联合仿真，编制了该方法的计算程序。程序通过ANSYS软件进行确定性力学分析，能够使用MATLAB自动调用ANSYS在不同参数配点下连续求解输出响应结果，并读取结果计算随机多项式待定系数。此方法通过有限元软件得到结构输出结果，无须分析功能函数，这为复杂结构下的可靠度计算提供了有效的手段。通过3个算例验证了该方法在结构可靠度分析中的有效性。结果表明：随机响应面法（SRSM）与基于随机响应面法的非侵入式随机有限元方法在计算结构失效概率时误差较小，计算效率远高于蒙特卡洛法（MCS），在求解无显示功能函数下的失效概率时具有明显优势。

Abstract

With the continued development of reliability theory

solving the structural reliability under implicit performance functions has become a challenge. Currently

the non-intrusive stochastic finite element method is an important approach to address this issue. This paper develops a non-intrusive stochastic finite element method based on the stochastic response surface method. Using MATLAB and ANSYS for coupled simulation

a computational program for this method was developed. The program performed deterministic mechanical analysis through ANSYS

and it could automatically invoke ANSYS in MATLAB to continuously solve output response results under different parameter configurations. It could read the results to calculate the unknown coefficients of the random polynomials. This method obtained structural output results through finite element software without the need to analyze the performance functions

providing an effective approach for reliability calculation in complex structures. The effectiveness of this method in structural reliability analysis was verified through three examples. The results showed that both the stochastic response surface method and the non-intrusive stochastic finite element method based on the stochastic response surface method exhibited small errors when calculating structural failure probability and had significantly higher computational efficiency compared to the Monte Carlo method. It demonstrates clear advantages in solving failure probability without explicit performance functions.

关键词

Keywords

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