随机不确定性下结构系统性能决策的区域灵敏度研究

批准号:
51475370
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
吕震宙
依托单位:
学科分类:
E0504.机械结构强度学
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
宋述芳、王燕萍、李璐祎、周长聪、魏鹏飞、王攀、阮文斌、吕召燕、房冠成
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中文摘要
为度量随机输入变量的不同取值区域对结构系统输出性能的影响,并达到精确预测和高效设计结构输出性能的目的,本项目拟研究输出性能的统计特征对随机输入的区域灵敏度。针对飞机等结构,建立输入变量对输出性能各种统计特征影响的区域灵敏度指标,研究其物理性质和图解表征,着重研究得到相关输入情况下区域灵敏度的清晰物理解释,揭示区域灵敏度与结构输出性能决策的本质联系;并将输入变量的区域灵敏度指标推广至输入变量的分布参数具有不确定性的情况,直接用于要求目标性能下分布参数的设计。针对区域灵敏度指标计算的高维嵌套积分问题,基于降维算法、拒绝抽样自适应算法及随机森林算法等,建立求解区域灵敏度指标的高效算法,并研究所建理论和算法在复杂结构系统中的工程实现与应用。本项目的研究对于掌握不同区域输入变量-输出性能的不确定性性态、识别输入变量及分布参数不同区域的相对重要性以及高效实现随机环境下结构系统的目标性能具有重要意义。
英文摘要
To quantify regional effect of input on output of structural system and to accurately predict and efficiently design the output performance of the structure, the regional sensitivity of the output performance with respect to the random input is researched in this project. For the complicated structures such as the aircraft, the regional sensitivity index system is established for measuring the contribution of the input to different statistical characteristics of the output. The properties and the visual charactering of the regional sensitivity indices are searched, and the explicit physical explanation for the regional sensitivity indices in case of the correlated input is focused. The intrinsic relation between the regional sensitivity and the decision of the structural output performance is exposed. For the direct design of the distribution parameter satisfying the object performance, the regional sensitivity of the input is extended to that of the uncertain distribution parameter of the random input. The methods based on the dimensionality reduction, adaptive algorithm on rejection sampling and random forest are proposed to solve the integral with nested high dimensionality defined by the regional sensitivity. Then the realization and the application in engineering structure are also studied for the proposed regional sensitivity theory and its solving methods. The research of the project is very important for understanding the input-output relation, identifying the relative importance of the region of the input and realizing the required performance under the random environment efficiently.
在航空及机械等工程结构系统中广泛存在着各种各样的不确定性,这些不确定性会对结构的性能预测及设计产生显著影响。为了度量随机输入变量的不同取值区域对结构系统输出性能的影响,并达到精确预测和高效设计结构输出性能的目的,本项目研究了输出性能的统计特征对随机输入变量的区域灵敏度。在已有的全局灵敏度的基础上,本项目建立了相应的基于输出性能统计矩及矩独立统计特征的区域灵敏度指标体系,并研究得到了其清晰的物理性质,同时得到全局、区域及局部三种灵敏度的相互关系。此外,将研究得到的输入变量的区域灵敏度指标推广到了输入变量的分布参数具有不确定性的情况,并且得到了间接和直接两种分析方法,从而为分布参数的设计提供了有益指导。针对区域灵敏度指标计算的高维嵌套积分问题,基于代理模型以及降维积分、拒绝抽样自适应算法和随机森林算法等,建立了高效的求解区域灵敏度指标的算法。针对实际的工程问题,研究了区域灵敏度的直观图解表征,并将区域灵敏度的结果与工程复杂结构的性能预测及设计联系了起来,同时将所建立的理论方法与通用的有限元软件相结合,得到了适用于复杂工程结构的通用分析工具。最终,将所研究的理论方法应用于某型飞机机翼结构的性能预测及设计中,得到了有意义的指导意见。
期刊论文列表
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专利列表
Maximum probable life time analysis under the required time-dependent failure probability constraint and its meta-model estimation
所需瞬态失效概率约束下的最大可能寿命分析及其元模型估计
DOI:10.1007/s00158-016-1594-z
发表时间:2017-04
期刊:Structural and Multidisciplinary Optimization
影响因子:3.9
作者:Yun Wanying;Lu Zhenzhou;Jiang Xian;Zhao Lu Feng
通讯作者:Zhao Lu Feng
A new effective screening design for structural sensitivity analysis of failure probability with the epistemic uncertainty
一种新的有效筛选设计,用于具有认知不确定性的失效概率的结构敏感性分析
DOI:10.1016/j.ress.2016.07.014
发表时间:2016-12
期刊:Reliability Engineering & System Safety
影响因子:8.1
作者:Xiao Sinan;Lu Zhenzhou;Xu Liyang
通讯作者:Xu Liyang
DOI:10.1016/j.strusafe.2014.09.008
发表时间:2015-05
期刊:Structural Safety
影响因子:5.8
作者:Guijie Li;Zhenzhou Lu;Jia Xu
通讯作者:Jia Xu
Analytical variance based global sensitivity analysis for models with correlated variables
对具有相关变量的模型进行基于分析方差的全局敏感性分析
DOI:10.1016/j.apm.2016.12.036
发表时间:2017-05
期刊:Applied Mathematical Modelling
影响因子:5
作者:Zhang Kaichao;Lu Zhenzhou;Wu Danqing;Zhang Yongli
通讯作者:Zhang Yongli
Failure-mode importance measures in structural system with multiple failure modes and its estimation using copula
多失效模式结构系统失效模式重要性测度及其利用Copula的估计
DOI:10.1016/j.ress.2018.02.016
发表时间:2018-06-01
期刊:RELIABILITY ENGINEERING & SYSTEM SAFETY
影响因子:8.1
作者:He, Liangli;Lu, Zhenzhou;Li, Xinyao
通讯作者:Li, Xinyao
不确定性下结构条件可靠性分析高效方法及其应用研究
- 批准号:12272300
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:55万元
- 批准年份:2022
- 负责人:吕震宙
- 依托单位:
随机与区间混合不确定性下复杂结构时变可靠性分析方法研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2020
- 负责人:吕震宙
- 依托单位:
随机不确定性下基于时频域特征和能量统计的结构多输出性能全局灵敏度分析
- 批准号:51775439
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:吕震宙
- 依托单位:
结构系统中主、客观不确定性的传播及重要性测度研究
- 批准号:51175425
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:吕震宙
- 依托单位:
非正态、相关变量及概率信息不全时可靠性灵敏度的理论与应用研究
- 批准号:50875213
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:37.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:吕震宙
- 依托单位:
小子样和高维情况下基于统计学习理论的可靠性方法研究
- 批准号:10572117
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:31.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:吕震宙
- 依托单位:
非概率可靠性模型及其应用研究
- 批准号:59775032
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:8.0万元
- 批准年份:1997
- 负责人:吕震宙
- 依托单位:
复杂结构广义可靠性分析及优化设计研究
- 批准号:59575040
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:7.0万元
- 批准年份:1995
- 负责人:吕震宙
- 依托单位:
国内基金
海外基金
