结构/机构可靠性设计基础/研究生高水平课程体系建设丛书_芳，李璐祎，王燕萍著，吕震宙，宋口述_9787561263495

　　《结构/机构可靠性设计基础/研究生高水平课程体系建设丛书》全面系统地介绍了结构／机构可靠性分析与设计的基本理论和方法。主要内容包括：①静态可靠性和可靠性灵敏度分析的矩方法、各类数字模拟法和代理模型法；②时变可靠性分析的数字模拟法、跨越率法、包络函数法和代理模型法；③可靠性优化设计和稳健优化设计的基本方法。
　　《结构/机构可靠性设计基础/研究生高水平课程体系建设丛书》主要用作高等学校硕、博士研究生和高年级本科生相关课程的教材，也可供从事结构／机构可靠性分析与设计的研究人员和工程技术人员阅读参考。

　　结构／机构的可靠性分析与设计是一门古老而又年轻的学科，其发展最早源自于人们意识到影响结构／机构系统性能的因素是不完全可控的，这种不可控的影响因素导致了系统性能的不确定性。为了掌握不确定性因素影响下的系统性能，就有必要发展一种不可控、不确定性因素影响下结构／机构性能的分析与设计方法，于是结构／机构可靠性学科便逐渐发展了起来。近年来，随着工业技术和管理科学的发展，可靠性被应用到越来越多的领域，其理论体系得到了不断的完善，内涵日渐丰富，并且现代计算机软硬件技术的高速发展也为可靠性学科注入了新的活力。
　　传统的结构／机构可靠性分析与设计方法中一般采用随机性来描述不可控的不确定性因素，以概率密度来量化这种随机不确定性，其中可靠性分析的主要任务是将影响结构／机构性能的输入变量的随机不确定性传递给输出性能，以便掌握输出性能的取值规律，因而可以得出的结论是：可靠性分析就是将输入不确定性传递给输出并得到输出性能不确定性的过程，这种传递依赖于输出性能与输入变量之间的确定性关系。
　　关于可靠性分析主要任务中的这种不确定性的传递分析，最基本的传递就是依据输出和输入的关系将输入变量的随机不确定性的统计矩信息传递给输出性能，得到输出的统计矩信息，从而部分掌握输出性能的取值规律，并利用概率统计的基本理论由输出的统计矩近似得到结构／机构系统性能满足规定要求的安全概率。在可靠性分析理论中，最先发展的就是这种统计矩传递方法，包括一次二阶矩方法、二次二阶矩方法以及基于各种点估计的矩方法等。统计矩属于随机不确定性的局部统计特征，由输出性能的局部统计特征得到的安全概率或者是失效概率在很多情况（诸如高度非线性、高维变量、小失效概率等）下是不准确的，于是又发展了各种数字模拟方法来解决可靠性分析问题。
　　数字模拟可靠性分析方法中最基础的方法就是蒙特卡罗模拟法（Monte Carlo Simula-tion，MCS）。MCS的理论基础是大数定律，它利用失效事件的频率来近似失效事件的概率，这种近似解会随样本数的增加而逐渐收敛于真值。MCS的显著优点是理论基础牢固，思路简单，编程容易，求解难度与变量的分布形式、维度以及极限状态方程的形式无关等，MCS的主要缺点是对小概率事件的计算量大。针对MCS方法的缺点又发展了收敛速度更高的数字模拟方法，最主要的是重要抽样法。重要抽样法由于选取了使估计值方差更小的重要抽样密度函数，从而大大降低了相同样本数下估计值的方差，提高了MCS的计算效率。针对工程中常见的高维输入变量的问题，发展了更高效的数字模拟方法，包括子集模拟、线抽样和方向抽样等。其中子集模拟的主要特点是将稀有事件的小概率等价转换成一系列较大的条件概率的乘积，并利用马尔可夫链Monte Carlo法来抽取条件样本以高效计算转换后的条件概率，而线抽样和方向抽样则是利用降维的思想来提高高维小失效概率可靠性分析问题的效率。
　　虽然各种矩传递方法和数字模拟法的效率和精度在不断提高，但仍然无法满足工程中复杂隐式极限状态方程问题的计算效率要求，于是又促使可靠性研究人员发展了可靠性分析的代理模型法。代理模型法的基本思想就是希望通过少量的计算来建立一个在概率上能够近似原问题中隐式极限状态方程的显式代理模型，从而极大地减少可靠性分析的计算量。可靠性分析中的代理模型包括响应面法、支持向量机及Kriging模型等，随着如今机器学习算法的不断完善和提高，代理模型在可靠性分析中的应用研究也越来越广泛，并且也使得可靠性分析逐步能够真正地应用于工程中复杂隐式极限状态方程的问题。
　　本书主要介绍可靠性分析和设计的一些基本理论，包括静态／时变可靠性和可靠性灵敏度分析方法、基于可靠性的优化设计方法和基于稳健性的优化设计方法等。书中针对每一种理论方法都有相应的算例验证，并附有详细的算法流程和算法程序，以便学习各种理论后进行相应的练习，加深对理论知识的理解。为了便于每一章的阅读，本书基本上是每章自成一体的，因此会出现一些不同章节中共同基础部分的少量重复。
　　本书共13章，写作分工如下：第1，2，10，11，13章由吕震宙执笔，第3，4章由王燕萍执笔，第5，6，7章由宋述芳执笔，第8，9，12章由李璐祎执笔。全书由吕震宙教授统稿并定稿。
　　笔者特别要感谢国家自然科学基金（ 51475370，51775439）和西北工业大学“双一流”研究生核心课程建设项目的资助，感谢本书编写过程中员婉莹、成凯、冯凯旋、凌春燕、肖思男等研究生的辛勤劳动。写作本书曾参阅了相关文献、资料，在此，谨向其作者深致谢忱。
　　尽管在编写过程中尽心尽力，但由于笔者能力所限，错误或不当之处恳请读者批评指正。

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