随着结构可靠性研究的日益深入，人们对不确定性的认识也在不断深化。从二十世纪初期将不确定性认为完全是由随机事件引起，并以概率统计方法进行分析，到九十年代，采用凸集合模型描述有界不确定变量，历经了近百年的努力。概率可靠性分析是以不确定参数的概率密度函数为基础，从而运用复杂的概率论和数理统计理论求解失效概率和可靠度指标。但是，除了高维功能函数中的联合概率密度函数难以计算以外，单单一个随机变量的概率分布函数的获取也需要大量的原始试验数据，这限制了其在一些成本高批量小的特定行业的应用。基于凸集合的非概率可靠性分析在一定程度上弥补了以上的不足，仅通过估计不确定参数的大致变化范围，就可计算出该参数所引起的结构的不确定程度。本文在这一可靠度分析理论的基础上，结合对帝国竞争算法的系统研究，提出了基于帝国竞争算法的非概率可靠性模型、基于帝国竞争算法和响应面法的非概率可靠性模型、基于帝国竞争算法的随机-非概率系统可靠性模型和基于帝国竞争算法的非概率可靠性优化模型。本文的主要研究内容和结论如下：(1)人工智能算法的对比研究。在传统优化算法和一般人工智能算法的具体步骤和应用条件的基础上，挑选若干智能算法与帝国竞争算法进行对比，突出了帝国竞争算法的优势。帝国竞争算法具有良好的全局收敛性能，有多个全局最优解时也可同时得到，而无需多次计算。该算法对目标函数的要求很低，而无需进一步分析函数的梯度等细节，适于工程领域的广泛应用。本文将帝国竞争算法应用到六峰值驼背函数的优化求解和多杆桁架结构的优化设计，得到了理想的优化结果。(2)结构非概率可靠性分析的研究。研究了基于椭圆模型的非概率可靠度指标的求解策略，结合人工智能算法的研究，提出了基于帝国竞争算法的结构非概率可靠性模型。本模型无需进行复杂功能函数的敏度分析，对于显示和隐式功能函数的求解都能适用，并且效果良好。通过将求解非概率可靠度指标的等式约束优化问题变为不等式约束优化问题，使得罚函数法得以方便的应用并迅速找到可行解。本文将此模型应用到机械传动轴、桁架结构和工程机械车辆支腿问题中，通过对这些工程实际问题的非概率可靠性分析，表明本模型能够获得比较精确的结果，收敛效果很好。(3)帝国竞争算法和响应面法的混合算法研究。在基于帝国竞争算法的结构非概率可靠性模型的基础之上，提出了基于ICA-RSM的结构非概率可靠性模型。采用响应面法模拟功能函数的真实响应，进而替代真实的功能函数，降低了估计功能函数值的成本，提高了帝国竞争算法的计算效率。分别采用正交组合设计和均匀设计选取样本点，生成了理想的响应面。本文将此模型应用到单轴拉伸斜裂纹板的断裂力学分析和桁架结构的可靠性分析，计算结果都验证了所提模型的可行性。(4)结构随机-非概率系统可靠性研究。在对结构随机系统可靠性和非概率系统可靠性研究的基础之上，提出了基于ICA的结构随机-非概率系统可靠性模型。在系统可靠性分析中，当某些不确定参数的概率分布函数能够估计出来，而另一些参数仅能估计出上下界限的时候，就需要采用随机-非概率系统可靠性分析方法。本文采用帝国竞争算法，估计出了随机参数在非概率参数的影响下，其混合可靠度指标的变化范围，然后利用蒙特卡洛重要抽样法，得到了系统混合可靠度指标的变化区间。在求解混合可靠度指标上限时，帝国竞争算法较好地解决了双重循环问题。通过对车床主轴和汽车侧面防撞性的研究，验证了本模型的正确性和实用性。(5)结构非概率可靠性优化设计的研究。提出了基于帝国竞争算法的非概率可靠性优化模型。可靠性约束的加入，使得结构优化设计的计算量急剧增加。为了平衡精度和计算成本之间的矛盾，本文采取了两种策略，皆以帝国竞争算法为外层优化方法。当结构形式简单，如桁架结构，内层优化就采用修正迭代算法进行求解。当结构复杂，梯度不易获得时，采取响应面法代替实际功能函数，利用基于目标性能的方法判断可靠性约束。本文通过对桁架结构和汽车车架进行可靠性优化设计，表明了所提模型的适用性和准确性。