确定性有限状态机的最小测试成本迁移覆盖准则

软件测试中的一个重要问题是测试成本和测试效率的平衡问题.依据程序中错误分布的2-8定律,将测试分为两个阶段,以解决该问题.第1阶段采用最小代价发现软件中的错误,第2阶段针对第1阶段中发现的错误补充设计测试用例,探测软件中潜在的错误.重点是第1阶段的实现.依据确定性有限状态机和集合划分的理论,提出了确定性有限状态机的最小测试成本迁移覆盖准则,给出了最小测试成本迁移覆盖存在的充分和必要条件,设计了优化迁移覆盖和最小测试成本迁移覆盖的实现算法,并讨论了测试序列集合的有效性问题.在实验中,依据该方法不仅能够获得最小测试成本的测试用例集合,而且同样能够探测出确定性有限状态机中迁移上的错误.

具有随机扰动和不确定性的中立型耦合神经网络有限时间同步

研究了具有时滞、不确定性和随机扰动的中立型耦合神经网络的有限时间同步问题.在Lyapunov稳定性理论的基础上,结合不等式技术得到了有限时间同步判据.接着构造合适的状态反馈控制器,使主从系统实现了有限时间同步.最后,通过一个数值仿真验证了所提出理论的有效性.

不确定性转子系统的随机有限元建模及响应分析

随机特性和随机载荷会引起转子系统动力响应的不确定性,是转子动力学分析中的重要影响因素.本文基于Timosheke梁理论,把转轴的材料和几何随机特性表示为一维随机场函数,推导出随机转轴有限元列式,建立转子系统随机动力学模型,并给出随机载荷作用下随机转子系统动力响应统计量的分析方法.分别对线性和非线性涡轮泵转子系统进行了随机动力响应分析,并同Monte Carlo仿真结果进行对比,结果表明所建立的随机有限元动力学模型和给出的随机响应分析方法是合理可行的,可以有效应用于实际转子系统随机动力学分析和设计中.

随机不确定性下Kriging辅助的谐波减速器柔轮疲劳寿命预测

柔轮作为谐波减速器核心传动件,在循环交变载荷作用下容易发生疲劳失效,其疲劳寿命直接影响谐波减速器的工作寿命。为揭示随机不确定性因素对谐波减速器柔轮疲劳寿命的影响规律,本文考虑材料属性和载荷等不确定因素对谐波减速器柔轮开展疲劳寿命预测研究,以期实现更客观地评估柔轮疲劳寿命。首先,建立柔轮的三维模型和有限元模型,通过有限元分析及寿命计算获得确定性条件下的柔轮寿命。然后,将材料属性及载荷考虑为随机变量,采用拉丁超立方抽样方法对柔轮进行试验设计。最后,基于主动学习Kriging模型和柔轮材料P-S-N曲线,通过逐一加点的方式对柔轮进行疲劳寿命分析,获得疲劳寿命统计结果,并与确定性条件下的柔轮疲劳寿命结果进行对比。结果表明,随机不确定因素影响下柔轮疲劳寿命预测结果与确定性条件下相比有所降低,对柔轮抗疲劳设计具有一定指导意义。

基于Monte-Carlo随机有限元方法的随机边界条件下自然对流换热不确定性研究

为分析边界条件不确定性对方腔内自然对流换热的影响,发展了一种求解随机边界条件下自然对流换热不确定性传播的Monte-Carlo随机有限元方法.通过对输入参数场随机边界条件进行Karhunen-Loeve展开及基于Latin(拉丁)抽样法生成边界条件随机样本,数值计算了不同边界条件随机样本下方腔内自然对流换热流场与温度场,并用采样统计方法计算了随机输出场的平均值与标准偏差.根据计算框架编写了求解随机边界条件下方腔内自然对流换热不确定性的MATLAB随机有限元程序,分析了随机边界条件相关长度与方差对自然对流不确定性的影响.结果表明:平均温度场及流场与确定性温度场及流场分布基本相同;随机边界条件下Nu数概率分布基本呈现正态分布,平均Nu数随着相关长度和方差增加而增大;方差对自然对流换热的影响强于相关长度的影响.

基于蒙特卡罗随机有限元方法的随机多孔介质内流体自然对流不确定性研究

为分析孔隙率不确定性对多孔介质方腔内自然对流换热的影响,发展了一种基于KL(Karhunen-Loeve展开)-蒙特卡罗随机有限元算法的随机多孔介质内自然对流不确定性分析数理模型及有限元数值模拟程序框架。通过K-L展开及基于拉丁抽样法生成多孔介质孔隙率随机实现,并耦合多孔介质自然对流有限元程序,进行随机多孔介质内自然对流传热数值模拟,得出了多孔介质内流场与温度场平均值与标准偏差,并分析了孔隙率不确定性条件下Da数对Nu数的影响。结果表明,孔隙率不确定性对多孔介质方腔内自然对流有重要影响。随机多孔介质内流场及温度场与确定性条件下的流场及温度场存在一定偏差,Nu数标准偏差随着Da的增大先增大后减小。

随机有限元法在不确定性分析中的应用

为了解决具有多个不确定性因素舰船结构系统的可靠性分析问题 ,这些不确定的因素包含结构元件的面积、长度、弹性模量、结构强度和外载荷等 ,服从统计规律 ,可作为随机变量处理 .这样在结构系统的可靠性分析中 ,建立的极限状态方程 ,实际上是一个含有多随机变量的非线性函数 ,其中有的量 (如位移等 )难以用显式表达 .在这种情况下 ,为了提高系统失效概率计算的精确性 ,采用了改进的一次二阶矩法和随机有限元法求解系统的失效概率 .该方法简便合理 ,置信度高 ,适合工程的应用 .

产生2^k元伪随机序列的准混沌Mealy型有限状态机方法

该文利用m状态序列稳定的长周期,以及混沌序列流的高线性复杂度,研究了一种将m状态序列作为准混沌Mealy型有限状态机输入的2k元伪随机序列产生方法,分析了系统的周期特性,进行了序列流随机性的测试,介绍了系统作为跳频码发生器在FPGA的仿真和综合结果.

基于嵌入式多项式混沌展开法的随机边界下流动与传热问题不确定性量化

提出了一种嵌入式多项式混沌展开(polynomial chaos expansion,PCE)的随机边界条件下流动与传热问题不确定性量化方法及有限元程序框架.该方法利用Karhunen-Loeve展开表达随机输入边界条件,以及嵌入式多项式混沌展开法表达输出随机场;同时利用谱分解技术将控制方程转化为一组确定性控制方程,并对每个多项式混沌进行求解得到其统计特征.与Monte-Carlo法相比,该方法能够准确高效地预测随机边界条件下流动与传热问题的不确定性特征,同时可以节省大量计算资源.

基于多项式混沌展开法的随机多孔介质内流体自然对流不确定性研究

发展了一种基于Karhunen-Loeve展开与多项式混沌展开的随机多孔介质内流体自然对流不确定性分析数理模型及有限元数值模拟程序框架,该方法利用Karhunen-Loeve展开表达输入随机场,利用多项式混沌展开法表达输出随机场;同时利用谱分解技术将随机多孔介质中的随机方程转化为一组确定性方程,并对每个多项式混沌进行求解.最后采用随机映射法求解相应的确定性控制方程中的混沌系数,得到数值解的统计结果.该方法的预测结果与蒙特卡罗方法得到的结果进行比较表明,多项式混沌方法可以有效地模拟不确定性在多孔介质流体流动与传热中的传播.

非确定性结构静动态特性稳健优化设计

研究了考虑参数随机性的结构静动态特性稳健忖优化设计问题的数学模型和数值求解．在考虑结构设计变量和其他参数随机分布的前二阶矩的条件下,采用基于二阶摄动法的随机有限元方法对结构响应的平均值和方差进行近似求解．在摄动法有限元分析的框架下,提出以一般函数形式表达的结构性能的平均值和标准差及其灵敏度的计算格式．将结构稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题,优化目标包含结构性能函数的期望值和标准差,约束函数的变异也给予考虑．优化问题采用基于函数梯度的算法进行求解．文中给出的数值算例显示了方法的有效性．

地质条件不确定性下TBM管片结构失事概率计算

不良地质条件是影响TBM施工隧洞管片结构安全的重要因素。综合考虑围岩地质条件和衬砌结构的不确定性,提出了一种定量分析TBM管片结构失事概率的新方法。在基于Markov过程估计隧洞沿程地质岩性变化概率的基础上,建立了隧洞任意位置处管片选型不匹配的概率模型;考虑围岩和管片参数的不确定性,采用随机有限元方法计算某一类型管片在不同围岩下的失事概率;由此,采用全概率公式,可计算隧洞沿程任意位置处管片结构的失事概率。结合实际工程,针对施工期工况,确定了该隧洞管片沿程的失事概率、最大失事概率及其所对应的位置等,为管片选型、优化设计及TBM施工期的风险防范提供了依据。

基于哈希树和有限状态机的XSS检测模型

目前对于跨站脚本(XSS)攻击缺乏有效的防御措施。针对该问题,提出一种基于哈希树的多模式匹配模型,以快速检测XSS攻击。将质数分辨定理作为哈希散列函数的基础,对特征值进行编码,使其成为特征节点进行动态增减,以构建哈希树,并结合改进的确定性有限状态机算法提取多模式相似度攻击向量,实现多模式匹配的快速检测。实验结果表明,该模型的检测准确率较高,漏报率和误报率较低,能满足大范围XSS脚本攻击的防范要求。

如何检查非确定性系统中的失败偏序关系

一般情况下 ,一个协议的说明会有几个不同的协议实现。大多数确定有限状态机 (DFSM )在测试时假定测试的目的是证明被测实现 (IUT :implementationundertest)的行为等价于协议说明中定义的行为。然而 ,在非确定性系统 (NDS)中因为存在非确定性 ,测试时只能证明被测实现 (IUT)与给定的说明是否具有某种实现关系。一般有几种不同层次的“实现”关系 ,一种新的简单的方法 。

基于有限材料参数试验数据的横观各向同性板结构随机有限元分析与验证

当材性试验数据有限时,为了研究各力学参数的离散性和不确定性对结构性能计算的影响,需要对材料参数采用随机变量建模并基于概率理论构建刚度矩阵的随机模型。为此,首先将随机弹性张量分解为一组基张量和由材料参数构成的随机系数的线性组合,以考虑刚度矩阵各分量间的统计相关性;并利用最大熵原理确定由上述随机系数组成的随机向量的概率密度函数。采用基于Metropolis-Hasting算法的马尔科夫链蒙特卡罗方法用于计算与之相关的概率模型的拉格朗日乘子,并通过Matlab生成材料参数的随机样本。最后采用蒙特卡罗随机有限元法对横观各向同性材料构成的板式结构在不同荷载下的力学行为进行了数值分析。以刨花板材料为典型案例,与试验结果对比,验证了本文方法的效果和实用性。

多源不确定性下叶盘结构疲劳可靠性分析与优化设计

为了更好地满足叶盘结构的设计需求,针对叶盘结构疲劳寿命分散和几何参数众多等问题,基于随机有限元法构建了融合多源不确定性的叶盘结构疲劳可靠性分析与优化设计框架。首先,采用应力敏感因子分析筛选叶盘结构关键尺寸;然后,将关键尺寸、材料属性及载荷定义为随机变量,基于其分布规律进行拉丁超立方抽样以开展随机有限元分析和寿命预测;最后,结合寿命预测结果,分别运用插值法、概率累积疲劳寿命法以及Kriging代理模型进行了叶盘结构可靠性优化设计。结果显示,经上述三种方法优化后,叶盘结构中值疲劳寿命分别提升了27%,1.4%和108%。其中,基于Kriging代理模型建立的优化方法效果最佳,显著提升了叶盘结构的使役可靠性。

考虑土层边界不确定性的边坡稳定性概率分析

目前,边坡稳定性的概率分析多数只考虑了单层土质边坡中的土体参数空间变异性,而忽略了多层土质边坡中土层边界不确定的影响。为此,提出了同时考虑这两类因素的边坡概率分析方法,利用随机有限元法和克里金插值方法同时表征了土体参数空间变异性和土层边界不确定性并考虑了静力触探测试对土层边界不确定性的约束。以某二维边坡为例,对比分析了仅考虑土体参数空间变异性和同时考虑两类因素的情况。结果表明,土层边界不确定性的影响在边坡稳定性分析中不可忽视。详细分析了边界深度变异系数、边界深度相关长度、静力触探布置密度对边坡稳定性的具体影响,并指出静力触探布置的合理密度与边界深度相关长度息息相关。因此,在设计边坡时能否获取边界深度相关长度的信息,是优化设计费用的关键。

不确定结构非线性动力分析的增量随机有限元法

针对不确定性结构能力分析中采用线弹性假设的不足。本文提出了预测具有随机参数的非线性结构动力响应的一种数值方法－增量随机有限元方法，可以同时考虑结构参数的随机性和材料非线民生，算例表明，增量随机有限元法可以较地预测随机结构的非线性动力行为。

基于随机有限元的非线性结构稳健性优化设计

结合结构优化技术和摄动随机有限元方法研究了非线性结构稳健设计问题。将结构稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题,优化目标包含结构性能函数的期望值和标准差,约束函数的变异也给予考虑,并采用基于函数梯度的算法进行求解。为对具有路径相关特征的非线性结构性能及结构响应的平均值及标准差进行分析,本文采用缩减的随机变量,提出了基于增量法的摄动随机有限元计算格式。在此框架下,进一步提出以一般泛函形式表达的结构性能的平均值和方差及其灵敏度的计算格式。为显示方法的有效性,文中给出几个数值算例。

基于随机有限断层法的坝址地震动参数综合评价方法

对于受多条发震构造影响的大坝场址,合理估计坝址地震动输入是实现近场地震作用下不溃坝目标的前提条件。文章主要目标是对地震地质环境复杂的场址建立适合于工程应用的地震动参数评价方法。首先对随机有限断层法模拟近场大震的适用性进行分析,结果表明该方法不仅可以描述断层破裂源,考虑地震波路径、场地衰减等因素,而且计算效率高,能够解决地震动模拟中复杂震源设置与计算效率的问题,可用于大坝场址地震动参数估计;然后基于对随机有限断层法参数的不确定性分析,建立一套能够考虑多个发震构造对坝址影响的地震动参数综合评价体系,包括设置震源、路径及场地条件参数的取值范围及水平、设计多方案(多权重)地震动模拟方案、各参数取值的权重系数计算原则与方法;最后获得能够表征不同地震危险性的参数估计方法。该文建立的方法能够考虑坝址发震构造的复杂性,给出多层次、多风险水平的评价结果,为近场大震作用下大坝抗震安全评价提供合理的地震动参数。