Application of the extended Fourier amplitude sensitivity testing(FAST)method to inflated,axial stretched,and residually stressed cylinders

This paper is dedicated to applying the Fourier amplitude sensitivity test(FAST)method to the problem of mixed extension and inflation of a circular cylindrical tube in the presence of residual stresses.The metafunctions and the Ishigami function are considered in the sensitivity analysis(SA).The effects of the input variables on the output variables are investigated,and the most important parameters of the system under the applied pressure and axial force such as the axial stretch and the azimuthal stretch are determined.

基于FAST和Sobol指数法的雷达系统效能敏感性分析

为了以较小的代价快速提升对空探测雷达系统的综合效能,首先搭建了对空探测雷达系统综合效能的评估指标体系,在此基础上完成了综合效能评估模型的建立。选择两种基于方差原理的全局敏感性分析方法,即傅里叶幅度敏感性测试(Fourier amplitudes sensitivity test,FAST)和Sobol指数法,分别从频域和时域对建立的评估模型进行敏感性分析。在基于FAST进行敏感性分析时,提出了21维输入指标所对应的特征频率集的选取方法;在基于Sobol指数法进行敏感性分析时,考虑了二阶及高阶敏感性指数的影响。对比FAST和Sobol指数法的分析结果,两种方法获得的敏感性分析结果具有较好的一致性。其中,功率和频率为对空探测雷达系统的主要影响指标,为雷达系统的研发和升级提供了可靠性依据。

EFAST法在管路系统冲击响应中的应用研究

介绍了傅里叶幅值灵敏度检验扩展法(EFAST)的基本理论,应用ANSYS-APDL建立了某型艇动力装置管路系统的参数化模型,利用MATLAB软件编制了应用傅里叶幅值灵敏度检验扩展法计算该模型的灵敏度程序,灵敏度分析计算结果表明,对本管路系统而言,管路壁厚,弹性吊架的刚度、集中质量的大小及位置、弹性支撑位置对管路系统的冲击响应影响较大。该研究方法及结论为管路系统抗冲击优化设计提供了依据。

基于EFAST和PLS的苹果叶片等效水厚度高光谱估算

叶片等效水厚度(EWT)是评估果树生长状况及产量的一个重要参数。为了快速、准确地估算此参数,该文建立苹果叶片EWT归一化近红外水分指数(NDIWI)和扩展傅里叶幅度灵敏度检测方法和偏最小二乘回归(EFAST-PLS)估算模型并验证。使用2012年和2013年在中国山东省肥城县潮泉镇获取的整个生育期苹果叶片EWT和配套的光谱数据,比较NDIWI和EFAST-PLS联合模型。在EFAST-PLS联合模型中,EFAST用来选择光谱敏感波段,PLS用来回归分析。NDIWI与EFAST-PLS模型的决定系数(R2)分别为0.2831和0.5628,标准均方根误差(NRMSE)分别为8.00%和6.25%。研究结果表明:EFAST-PLS模型估算苹果叶片EWT潜力巨大,考虑到应用简单,NDIWI也有可取之处。

基于EFAST方法的苹果叶片叶绿素含量估算

为了快速、准确地估算叶绿素含量,使用2012年和2013年在山东省肥城市潮泉镇获取的整个生育期苹果叶片叶绿素含量和配套的光谱数据,利用PROSPECT模型和EFAST方法探讨了对叶绿素含量敏感的波段,然后采用经验统计方法实现了单波段高光谱对苹果叶片叶绿素含量的监测。结果表明:以571 nm和697 nm波段光谱参数为自变量所建立的估测模型拟合精度较高,其决定系数(R2)分别为0.71和0.69,均方根误差(RMSE)分别为1.14、1.17 mg/dm^2,相对误差(RE)分别为-1.07%和-1.01%。以PROSPECT模型和EFAST方法整合筛选的敏感波段建立的估算模型监测叶绿素含量效果较好,为利用高光谱技术监测苹果长势提供了理论依据。

基于EFAST的盾构隧道安全指标全局敏感性分析

为了分析地铁隧道健康监测中各个指标之间的相互演化作用关系,提出了一种对监测数据进行分析的数据挖掘思路,将傅里叶幅值灵敏度检验扩展法(EFAST)应用于各项指标的全局敏感性分析中。依据现行隧道安全评价规范,建立反映隧道安全状态的指标体系;通过基于粒子群优化的最小二乘法支持向量机(PSO-LSSVM),模拟构建了各安全指标函数拟合模型,用以描述隧道各安全指标之间相互作用关系;在此基础上,采用EFAST对该模型的指标进行了全局敏感性分析。结果发现,对隧道安全性影响较大的敏感因素有管片接缝张开宽度、管片接缝接触应力和隧道沉降值;另外,还分析了不同的目标参数、不同的参数取值范围、不同的输入参数的分布形式对参数敏感度值的影响,从不同的角度揭示了盾构地铁隧道中参数的相互作用机理的演化规律。

基于EFAST方法的WOFOST作物模型参数敏感性分析

作物生长模型广泛应用于作物长势监测和产量预测。为了有效识别作物模型关键参数,减少模型模拟的不适用性,选取河北省藁城市2009—2010年冬小麦作为研究对象,应用扩展傅立叶振幅灵敏度检验法(EFAST),对WOFOST模型26个作物参数进行敏感性分析。结果表明,生育期为0.5和1.0时的比叶面积(SLATB1和SLATB2),出苗到开花期的积温(TSUM1),35℃时叶面积的生长周期(SPAN),20℃下单叶有效光能利用率(EFFTB3)和最大CO2同化率在30℃的校正因子(TMPF4)等6个参数的敏感性指数均大于0.1,说明对产量形成的贡献较大。研究证明,基于扩展傅立叶幅度检验法(EFAST)的敏感性分析对模型修正具有指导意义,可为模型参数"本地化"提供重要依据。

基于EFAST法的APSIM小麦产量形成参数敏感性分析

【目的】为了有效识别影响APSIM小麦产量形成的敏感参数,简化模拟过程.【方法】结合2016~2017年甘肃省定西市安定区凤翔镇安家沟村大田试验数据及1971~2019年定西市安定区气象资料,利用扩展傅里叶幅度检验法(extended fourier amplitude sensitivity test,EFAST),借助Simlab软件,对APSIM模型18个作物参数进行敏感性分析,并对筛选后的参数设置单因素梯度检验.【结果】6个敏感参数的敏感性排序:每克茎籽粒数量>灌浆期籽粒日潜在灌浆速率>单株最大籽粒质量>作物春化敏感性指数>灌浆到成熟积温>出苗到拔节积温.其中,每克茎籽粒数量、灌浆期籽粒日潜在灌浆速率和单株最大籽粒质量对模拟产量贡献率分别达50.6%、31.9%和27.5%.在-50%~+50%变化比例下,产量变化绝对值介于0~500 kg/hm^(2).同等增加比例时,出苗到拔节积温引起产量变化幅度最高达249.85 kg/hm^(2);同等减少比例时,单株最大籽粒质量引起产量变化幅度最高达493.55 kg/hm^(2).【结论】通过EFAST法进行敏感性分析,得到对小麦产量形成的6个敏感参数,可在实际应用中优先校准.

基于EFAST法的多管火箭射击密集度全局灵敏度分析

为定量分析各种随机因素(弹、炮、气象环境等)对射击密集度的影响程度,对多管火箭射击密集度的影响因素进行全局灵敏度分析。基于火箭飞行动力学方程建立火箭弹落点计算模型,采用傅里叶幅值灵敏度检验扩展法(extended Fourier amplitude sensitivity test,EFAST)对落点计算模型进行全局灵敏度分析,并对某122 mm多管火箭炮进行分析计算。分析结果表明:火箭弹的质量误差及弹体的起始扰动是影响射击密集度的主要因素,各随机因素参数间存在一定的交互作用,EFAST计算量较小、结果直观清晰、便于分析。

区域乡村住宅耐久性指标全局敏感性分析方法

为满足乡村住宅向生态宜居长寿化的方向发展,乡村住宅的耐久性需要给予足够的重视。针对指标参数对区域乡村住宅耐久性的影响分析,基于可拓学和扩展傅里叶幅度敏感性检验法(extended fourier amplitude sensitivity test,EFAST)提出了适用于区域乡村住宅耐久性能的评价模型与全局敏感性分析方法。该方法基于可拓学对乡村住宅的耐久指标进行初步筛选,得到乡村住宅耐久性能的敏感因素;将筛选出的耐久指标敏感因素通过最小二乘支持向量机(least squares support vector machines,LSSVM)模型和蒙特卡洛抽样实现乡村住宅样本数量的扩增;引入EFAST方法对扩增后的乡村住宅样本进行耐久指标的全局敏感性分析,得到耐久指标敏感因素的一阶敏感度和总阶敏感度。该方法可以提高区域乡村住宅敏感性分析的精确度,得到影响因素的敏感性程度,且可以实现乡村住宅样本数量的扩增,降低实地调研成本。最后将该全局敏感性分析方法应用于区域乡村住宅分析,阐明了该方法的分析过程,并给出了中国乡村住宅耐久性能的限制因素和敏感性系数。

蒸发波导环境中微波传播敏感性分析

海洋蒸发波导是微波通信的优良天然信道,但微波信号在波导中传播时容易受气海环境因素变化的影响。本文采用扩展傅里叶幅度敏感性分析法(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test,EFAST),分析了蒸发波导环境中微波传播路径损失对空气温度、海表温度、近海面风和相对湿度等气海环境因素变化的敏感性特点。敏感性分析结果呈现一种频率相关的频散特性,而信号极化方式影响较小。这4种环境因素中,相对湿度对路径损失的整体影响最大;在传播距离较近且高度较高的范围内近海面风速对传播的影响占据主导;空气温度和海表温度的敏感性大致相当;风速的影响是4种环境因素中最为复杂的,这也是在实际分析中需要额外重视的。本文对蒸发波导环境参数的敏感性分析结果对现场波导观测试验具有重要的参考意义,对敏感度高的环境参数可以考虑优先进行高时空分辨率观测。此外,在运用中尺度数值天气预报模式进行蒸发波导预报时,优先发展与敏感度高的气海参数有关的物理过程参数化方案,可以节约计算时间和资源。

基于傅里叶幅值检验扩展法的轨道车辆垂向模型全局灵敏度分析

为筛选明显影响轨道车辆垂向振动特性的设计参数,简化车辆模型参数优化设计过程,采用傅里叶幅值灵敏度检验扩展法对典型轨道车辆垂向模型进行参数灵敏度分析。研究结果表明,二系悬挂与一系悬挂阻尼变化对车体沉浮运动影响较一系悬挂刚度大;调整车辆定距也会在相当程度上影响车体点头运动;模型设计参数间存在微弱的交互作用。所用该研究方法及结论对轨道车辆模型的振动特性研究及参数优化设计具有一定参考价值与工程意义。

转向架临界速度的不确定性研究

铁道车辆临界速度与很多参量有关,如何准确有效地建立它们之间的函数关系进行不确定性研究是一个比较复杂的问题.基于此,推导高维多阶基于正态分布场的Hermite正交多项式,采用拉丁超立方采样的配点方式建立某转向架临界速度与随机参量之间的函数关系;分析了不同变异系数下转向架悬挂系统部件左/右、前/后均服从独立正态分布时临界速度的变化规律.可靠性分析的结果表明:随着变异系数的不断增大,只有取较低的临界速度限定值,才能保证转向架系统具有低的失效概率.灵敏度分析的结果则显示:二系悬挂横向阻尼对临界速度影响最大,不同的前/后悬挂部件对临界速度有着不同的重要性影响,变异系数的变化不会根本性改变参量的灵敏度指标排序.

矿坑涌水量预测模型参数灵敏度分析

矿区水文地质条件一般较复杂,参数的空间变异性强,致使矿坑涌水量预测模型中的参数具有一定的不确定性,从而影响预测结果的可靠度。为定量确定影响预测结果的主要因子,文章以某金属矿区的矿坑涌水量计算模型为研究对象,运用扩展傅里叶幅度灵敏度检验法(extended Fourier amplitude sensitivity test,EFAST)对模型参数进行了全局灵敏度分析,得到相关参数的一阶灵敏度和总灵敏度,并分别与局部灵敏度分析法和Morris法的评价结果进行了详细对比分析。研究结果表明,采用EFAST法开展矿坑涌水量预测模型的参数灵敏度分析是切实可行的,也是较为有效的方法之一,矿坑涌水量预测结果对渗透系数最为敏感。

水力发电机组甩负荷过渡过程的参数敏感性分析

以国内某水电站为对象,在不确定框架下构建了水力发电机组甩负荷过渡过程的数学模型。并以此模型为基础,引入扩展傅里叶幅度检验法量化输入参数对系统响应的影响,获得了机组在甩负荷过渡过程中输入参数相对于转速、水击压力以及调压室涌浪的敏感性特性。可以得到飞轮力矩对转速最大上升值的影响最为显著。同时,也可以发现各参数的不确定度会明显影响对水击压力的敏感性,而不会影响对调压室涌浪的敏感性。

基于统计能量分析原理的声振耦合模型全局灵敏度分析

为探究统计能量参数不确定性对声振响应结果不确定性的影响规律,采用傅里叶幅值灵敏度检验法对三子系统统计能量声振模型进行参数灵敏度分析。研究结果表明:共振耦合损耗因子宽频带内的主要影响参数;非共振耦合损耗因子仅在低频段存在一定影响力;吻合效应改变临界频率下各参数对输出函数不确定性的影响程度。该方法及结论可用于鉴别声振响应结果不确定性的来源和不同参数的贡献情况,为基于统计能量分析原理的减振降噪设计提供参考。

CFRP钢管混凝土轴压承载力灵敏度分析

CFRP钢管混凝土的轴压承载力与很多因素有关,由于材料制造、使用等原因,这些参数并不是一个确定的值。基于此,考虑参数的不确定性,对CFRP钢管混凝土的轴压承载力进行灵敏度分析。考虑了9个参数并生成参数样本值,使用ABAQUS的脚本语言Python对CFRP钢管混凝土进行参数化建模,调用ABAQUS的批处理器计算极限承载力。分析了极限承载力的局部灵敏度和全局灵敏度,针对全局灵敏度计算量大、计算时间长的问题,提出了通过二阶响应面建立拟合的函数关系,运用傅里叶幅值检验扩展法计算其全局灵敏度指数。研究表明:钢管内径对极限承载力的影响最大。对比局部灵敏度和全局灵敏度2种分析方法,参数在小范围内变化,局部灵敏度分析可以快速得到理想的结果。若各参数的变异性相差太大,使用全局灵敏度分析更为准确。

冠层反射光谱对植被理化参数的全局敏感性分析

植被理化参数与许多有关植物物质能量交换的生态过程密切相关,定量分析植被反射光谱对理化参数的敏感性是遥感反演理化参数含量的前提。本文采用EFAST(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test)全局敏感性分析方法,利用PROSAIL辐射传输模型分析了冠层疏密程度对叶片生化组分含量、冠层结构以及土壤背景等多种参数敏感性的影响,并对植被理化参数反演所需先验知识的精度问题进行了初步探讨。研究表明:(1)对于较为稠密的冠层,可见光波段的冠层反射率主要受叶绿素含量的影响,近红外和中红外波段的冠层反射率主要受干物质量和含水量的影响;(2)对于稀疏的冠层,LAI是影响400—2500 nm波段范围内冠层反射率的最重要参数,土壤湿度次之,叶片生化参数对冠层反射率的敏感性较低;(3)在已知稀疏冠层LAI的情况下进一步确定土壤的干湿状态,可显著提高冠层反射率对叶绿素含量的敏感度,有助于稀疏冠层叶绿素含量的反演。

随机平衡设计傅里叶振幅敏感性分析方法和拓展傅里叶振幅敏感性分析方法在陆面过程模式敏感性分析中的应用探索

探讨了随机平衡傅里叶振幅敏感性分析方法 (RBD-FAST)和扩展傅里叶振幅敏感性分析方法 (EFAST)在陆面过程模式参数敏感性研究中的应用.试验中使用通用陆面过程模式(Co LM)和通榆退化草地2008年夏季观测资料,针对陆气相互作用中重要的要素:感热通量(SH)、潜热通量(LH)、地表温度(ST),2 m气温(T2m)和2 m湿度(Q2m),分析了11个参数(土深、1—5层黏土比率、孔隙度、最大露水厚度、50%植物根深、地表空气粗糙度和冠层下土壤拖曳系数)的敏感性大小.结果表明,RBD-FAST和EFAST对参数的一阶敏感性检验结果较为一致且与之前的研究结果类似,EFAST方法还可以得到考虑了参数间相互作用的整体敏感性.RBD-FAST的优势主要表现为在极大地减少了计算消耗机的同时,一次取样即可计算所有参数的一阶敏感性,而EFAST的优势则在于通盘考虑了参数之间的相互影响,可以得到更为合理的整体敏感性序列.针对不同需求,选择使用这两种敏感性分析方法,有助于提高陆面过程模式参数化方案的改进效率.

傅立叶扩展灵敏度分析法在他克莫司群体药物动力学模型中的应用

本研究应用傅立叶扩展灵敏度分析法(Fourier amplitude sensitivity test,FAST),针对他克莫司的群体药物动力学模型,评价参数的变异度的改变对模型输出值的影响。此外,根据药物动力学参数在不同采血时间点的灵敏度指数变化,设计不同的采样方案,并比较相应拟合参数的质量,以确定不同时间点的预测效力。结果发现,他克莫司群体药物动力学二室模型中除CL1/F外的其他4个参数V1/F、V2/F、CL2/F和ka(吸收速率常数)的灵敏度指数水平较高,随时间的变化速度也较快。另外,随ka变异度的增大,其自身的灵敏度指数明显增加,而其他参数的灵敏度指数显著降低,且CL1/F灵敏度指数的达峰时间发生明显前移。针对仿真数据按不同采样方案进行拟合,发现根据傅立叶灵敏度分析法设计的方案拟合出的数据质量优于其他方案。结果提示,傅立叶扩展灵敏度分析法能够有效检验模型参数的灵敏度,并且可以辅助设计临床采样的较优采样时间,提高模型质量。