检索结果-内蒙古大学图书馆

机械工程学报 2014年第19期50卷 136-143页

作者：熊芬芬北京理工大学宇航学院北京100081

代理模型的应用解决了稳健设计中计算量大的难题,但由于代理模型与真实模型间存在误差(代理模型的不确定性),而传统的稳健设计忽视了这种不确定性,必然会带来一定的设计误差。因此,针对稳健设计提出了一种基于蒙特卡洛抽样的代理模型不... 详细信息

代理模型的应用解决了稳健设计中计算量大的难题,但由于代理模型与真实模型间存在误差(代理模型的不确定性),而传统的稳健设计忽视了这种不确定性,必然会带来一定的设计误差。因此,针对稳健设计提出了一种基于蒙特卡洛抽样的代理模型不确定性的量化方法,在传统仅考虑参数不确定性的基础上,额外计入代理模型的不确定性对设计的影响。将提出的方法应用于一个数学算例和一个火箭弹卷弧翼气动稳健优化设计,所得优化结果较传统的未考虑代理模型不确定的稳健设计更为精确、合理,证实了提出方法的有效性。

关键词：稳健设计代理模型不确定性参数不确定性高斯过程 Kriging

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考虑代理模型不确定性的结构统计灵敏度和可靠性分析方法研究

考虑代理模型不确定性的结构统计灵敏度和可靠性分析方法研究

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作者：马羽电子科技大学

学位级别：硕士

随着科学技术的不断进步以及现代工业的迅猛发展,复杂结构或产品的设计周期要求越来越短,计算机仿真技术因其能有效地提高设计效率而获得了广泛的应用。然而,设计者们在使用计算机仿真技术的过程中,逐渐发现其在设计优化领域存在计算量... 详细信息

随着科学技术的不断进步以及现代工业的迅猛发展,复杂结构或产品的设计周期要求越来越短,计算机仿真技术因其能有效地提高设计效率而获得了广泛的应用。然而,设计者们在使用计算机仿真技术的过程中,逐渐发现其在设计优化领域存在计算量庞大的问题。因此,在实际工程问题中,代理模型(Metamodel)常常被用来替代计算机仿真模型进行相关的设计优化。一般来说,复杂结构的设计优化通常会涉及结构不确定性问题,而灵敏度分析和可靠性分析方法能有效地处理结构不确定性问题。前者主要用于辨识设计参数的相对重要性,便于降维和资源分配;后者主要用于计算结构的失效概率,优化设计方案,提高结构的可靠度。因此,只要能解决好结构不确定性问题,必然能极大地提高结构设计的可靠性和稳健性。代理模型虽然能有效地降低计算机仿真模型的计算量,提高分析方法的计算效率,但也带来了新的挑战,即代理模型不确定性(Metamodeling Uncertainty)。其主要表现为:在代理模型的非采样点处,代理模型与真实模型之间存在偏差。近年来,基于代理模型的结构不确定性分析方法已引起国内外学者们的广泛关注,相关工作已陆续展开。然而,到目前为止,在基于代理模型的结构不确定性分析中并未考虑代理模型不确定性的问题,这必然会给结构不确定性分析结果带来一定程度的影响,造成分析和设计结果的不可靠。本论文围绕上述问题,开展了基于代理模型的统计灵敏度分析和结构可靠性分析方法的研究,具体的研究内容和创新点如下:(1)提出了联合考虑代理模型不确定性和输入参数不确定性的统计灵敏度分析方法。统计灵敏度分析方法是一种研究模型输入量的不确定性对模型输出量的不确定性贡献程度的重要方法。现有方法通常直接使用代理模型的预测均值代替真实模型的响应值进行统计灵敏度的相关计算,而忽略了代理模型不确定性对统计灵敏度分析方法的影响。针对此问题,本文综合考虑代理模型不确定性和输入参数不确定性,建立考虑两类不确定性的统计灵敏度分析方法,通过K-L展开(Karhunen–Loeve Expansion)的方法,将代理模型的不确定性转化为随机变量的不确定性问题,有效地量化代理模型不确定性和输入参数不确定性的统计灵敏度。(2)提出了考虑代理模型不确定性的结构可靠性分析方法。目前基于代理模型的结构可靠性分析方法常常采用序列采样(Sequential Sampling)的方法来提高代理模型与真实模型之间的近似程度,但是这些方法所选择的采样点不一定是降低极限状态函数不确定性即失效概率不确定性最有效的点。针对此问题,本文提出面向降低失效概率不确定性的序列采样方法。相比已有的序列采样方法,本文所提方法能有效地筛选并排除对失效概率计算无用的点。因此,本方法能通过选择更少的采样点,来构建准确的代理模型。(3)提出了基于代理模型的统计灵敏度和结构可靠性分析数值计算方法。在基于代理模型的统计灵敏度和结构可靠性分析方法的积分问题中,本文均采用蒙特卡洛积分方法进行计算,但此方法存在计算量庞大的弊端。针对此问题,本文提出采用数值积分方法来代替蒙特卡洛积分方法进行结构不确定性分析方法的计算。通过数学算例对常用的三种数值积分方法的计算效率和计算精度进行对比,从而选择合适的数值积分方法应用于结构不确定性分析方法中,在计算精度和效率之间寻求折衷。

关键词：代理模型不确定性结构不确定性统计灵敏度分析结构可靠性分析

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多层次系统代理模型的不确定性量化及序列采样方法研究

多层次系统代理模型的不确定性量化及序列采样方法研究

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作者：修仁强电子科技大学

学位级别：硕士

随着现代工业的迅速发展,复杂系统的设计通常会涉及众多的决策变量和因素。在传统的“All-In-One(AIO)”求解方法中,对复杂系统中所有的设计变量同时进行优化,导致优化设计模型十分复杂,计算效率非常低。为了减少复杂系统分析和设计过... 详细信息

随着现代工业的迅速发展,复杂系统的设计通常会涉及众多的决策变量和因素。在传统的“All-In-One(AIO)”求解方法中,对复杂系统中所有的设计变量同时进行优化,导致优化设计模型十分复杂,计算效率非常低。为了减少复杂系统分析和设计过程中的计算复杂度,提高计算效率,并实现复杂系统的并行分析和设计,往往可以将复杂系统按照功能逻辑和物理组成结构分解成若干个相互之间具有层次型关系的子系统(也称为子模型),然后对各个子系统独立地进行分析和设计。对于各个子系统若直接采用计算机仿真技术(如:结构有限元仿真、材料分子动力学仿真),其计算量将非常大,因此工程中普遍使用代理模型(Metamodel)代替子系统真实仿真模型。然而,由于初始采样点数量的限制,代理模型与真实模型之间必然存在代理模型不确定性(Metamodeling Uncertainty),而代理模型不确定性对系统分析和设计有着重要影响。在过去的几十年里,学者们已经研究并提出了很多种代理模型及序列采样方法。但到目前为止,对于多层次复杂系统的设计中代理模型不确定性及提高代理模型精确度(Fidelity)的研究非常有限。围绕这一问题,本论文开展了多层次系统代理模型的不确定性量化及面向多层次系统代理模型的序列采样方法的研究。具体的研究内容和主要创新如下:(1)在多层次复杂系统中,各层子系统的代理模型不确定性将从底层逐层传递到系统顶层的响应中。为了分析多层次复杂系统中各层子系统代理模型的不确定性对系统顶层响应的影响,本论文提出了一种多层次系统代理模型的不确定性量化方法,并推导出了各个子系统代理模型不确定性对系统顶层响应不确定性的解析表达式。(2)为了降低多层次系统代理模型的不确定性量化过程中的计算量,提高计算效率,本文提出了采用数值积分计算代理模型不确定性传递问题的思路,并从计算效率和计算精度两方面对几种常用的数值积分方法在进行对比,最终选取了高斯-埃尔米特积分方法并将其应用在多层次系统代理模型不确定性传递的计算中。(3)现有的序列采样方法大多仅考虑单层代理模型的不确定性及精确度提高策略。然而,这种方法忽略了多层次系统中各层子系统代理模型间的不确定性传递问题,所选取的采样点往往并不能最大程度地提高多层次系统代理模型的精确度。基于这种情况,本文提出了面向多层次系统代理模型的序列采样新方法。该方法综合考虑了各个代理模型的不确定性,选取对整个系统不确定性影响最大的位置采集新的样本点,进而更新系统各层代理模型,直到整个系统的代理模型的精确度达到预定要求。与常规的采样方案对比发现:在新增样本点有限的情况下,本论文提出的方法对新样本点的分配方案更加合理,能最大程度地提高系统代理模型的精确度。

关键词：多层次系统代理模型代理模型不确定性不确定性量化序列采样方法

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基于代理模型和参数不确定性的冲压件容差稳健设计

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锻压技术 2019年第4期44卷 182-187页

作者：潘贝贝谢延敏岳跃鹏冯美强张飞西南交通大学先进设计与制造技术研究所四川成都610031

为了提高冲压件的可靠性和稳定性,减少代理模型不确定性和参数不确定性对冲压产品质量的影响,需要进行稳健设计。提出了一种具有内外层结构的容差稳健模型,有效地降低了可控因素和不可控因素不确定性引起的质量波动。通过似然函数因素... 详细信息

为了提高冲压件的可靠性和稳定性,减少代理模型不确定性和参数不确定性对冲压产品质量的影响,需要进行稳健设计。提出了一种具有内外层结构的容差稳健模型,有效地降低了可控因素和不可控因素不确定性引起的质量波动。通过似然函数因素筛选法确定关键的可控因素和不可控因素,采用改进的贝叶斯估计对代理模型不确定性进行量化。以NUMISHEET93方盒件为研究对象进行稳健优化设计,利用目标函数和约束函数的均值、方差建立容差稳健模型。将稳健优化结果与忽略模型不确定性的优化结果分别进行蒙特卡洛模拟并对比。结果表明,综合考虑代理模型不确定性和参数不确定性的稳健设计方法能有效地提高冲压件的成形质量。

关键词：冲压件代理模型不确定性参数不确定性容差稳健模型似然函数因素筛选法蒙特卡洛模拟

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