论第三代结构设计理论

结构设计的两个基本维度

• • 结构受力力学行为的科学反映方式
  • 工程中存在不确定性的科学度量方式
  • 判断结构设计理论的基本特点
• 第一代结构设计理论
  • 应力应变观念及本构关系
  • 弹性力学允许应力表述的强度理论
  • 基本特征：
    • 应力分析-强度设计
  • 基本范式：
    • 结构力学分析建立 荷载-内力关系
    • 材料力学分析建立 内力-应力联系
  • 工程中的客观不确定性-以经验为基础
    • 结构安全系数
  • 基于经验安全系数和允许应力的设计理论
• 第二代结构设计理论
  • 前期：
    • 构件强度分析和基于经验统计的概率性结构安全系数
    • 非线性材料力学
    • 构件极限强度分析，梁柱理论、板壳极限强度分析
    • 概率理论衡量工程中的不确定性
  • 后期：
    • 采用结构可性指标度量结构可靠度的基本理论框架
  • 核心：
    • 考虑多种极限状态的近似概率设计法
  • 局限性：
    • 构件设计考虑非线性，结构分析忽略非线性
    • 构件设计考虑随机性，结构分析不承认随机性
• 第三代结构设计理论
  • 基本特征：
    • 固体力学为基础、考虑受力全过程、生命全周期的整体结构受力分析
    • 以随机性为基础、精确概率为度量的结构整体可靠性设计
    • 解决二代设计两个矛盾、实现全生命周期整体可靠性设计
  • 理论基础：
    • 固体力学
      • 弹性力学--弹塑性力学--损伤力学--固体力学
      • 弹性力学：
        • 平衡方程、几何方程、本构关系
      • 基本理论 + 计算数值方法
    • 概率密度演化理论
      • 反映客观世界：
        • 确定性物理规律
        • 概率的统计规律
      • 系统物理状态的变化推动了系统概率密度的演化

  • 发展方向：
    • 结构荷载的统计与建模
      • 大数据技术发展
    • 灾害性动力作用危险性分析
      • 统计数学与物理机制相结合
    • 多尺度物理力学发展
      • 探索复杂系统平衡、分叉、自组织的可能
    • 环境作用的整体结构效应
      • 多场耦合作用、多维本构模型
    • 结构非线性荷载效应组合
      • 作用危险性、结构非线性、概率密度演化
    • 基于可靠性的结构优化设计理论
      • 考虑结构非线性性能、用精准概率衡量整体
  • 更多发展：
    • 结构多尺度综合模拟技术
    • 并行计算技术
    • 检测与控制一体化设计
    • 反映和量化主观不确定的科学
    • 工程系统可靠性分配与优化理论

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以下为作业内容：

一、结构设计理论的发展

第一代结构设计理论，以应力分析-强度设计为基本特征。依靠结构力学建立荷载与内力的关系，和材料力学分析建立内力与应力的关系；基于对不确定性的度量和对结构受力力学行为的反映进行设计的理论。

第二代结构设计理论，以构件极限强度分析和基于经验统计的概率性结构安全系数度量为基本特征。核心是考虑多种极限状态的近似概率设计法，但构件设计中考虑非线性和随机性，结构分析忽略非线性和随机性，因而造成了两者的矛盾。

第三代结构设计理论为了解决第二代结构设计理论的两个基本维度上采用分解的方法论产生的缺陷，为了反应真实的结构内力，进行结构受力的全过程分析和结构整体可靠性研究。

二、第三代结构设计理论的认识

第三代结构设计理论，以固体力学为基础、考虑受力全过程、生命全周期的整体结构受力分析；同时以随机性为基础、精确概率为度量的结构整体可靠性设计；在于解决二代设计两个矛盾、实现全生命周期整体可靠性设计。其以固体力学理论，计算数学与计算力学，概率密度演化理论为基础，进行结构生命周期的整体可靠性分析，并进行基于可靠度的优化设计。

三、对未来结构设计理论的展望

大数据技术发展进行结构荷载的统计与建模

统计数学与物理机制相结合完成灾害性动力作用危险性分析

多尺度物理力学发展探索复杂系统平衡、分叉、自组织的可能

建立多场耦合作用、多维本构模型，探究环境作用的整体结构效应

基于可靠性的结构优化设计理论考虑结构非线性性能、用精准概率衡量整体

更多需要关注于：结构多尺度综合模拟技术、并行计算技术、检测与控制一体化设计、反映和量化主观不确定的科学、工程系统可靠性分配与优化理论

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