基于混合蒙特卡洛/多项式混沌展开方法的多参数随机等离子体不确定性分析

多项式混沌展开(polynomial chaos expansion, PCE)方法对于分析随机等离子体电磁传播不确定性已经展示出了相当大的潜力。然而,由于构建多项式混沌模型的计算量随着不确定性输入维数的增加呈指数增长,数值模拟耗时长,导致“维数灾难”问题。因此,本文基于非侵入式多项式混沌(non-intrusive polynomial chaos,NIPC)方法,采用混合蒙特卡洛(Monte Carlo, MC)/PCE方法研究了多层等离子体平板电子密度不确定性对透射系数的影响,并验证了所提出方法的实用性。与MC方法相比,本文方法可以大大加快仿真的速度,有效缓解了多项式展开项的数量随着随机变量维数的增加而快速增加的缺点,同时大大降低了MC方法的仿真次数,有利于电磁模型的多参数不确定性分析。

一种基于蒙特卡洛方法的配电网概率可靠性快速计算方法

配电网的概率可靠性能够弥补传统可靠性指标的期望值仅从均值角度衡量系统可靠性的不足,但随着配电网规模扩大以及数据量的剧增,能够同时兼顾计算准确性与计算速度的概率可靠性计算方法是亟待研究的。为此,提出一种基于蒙特卡洛方法的配电网概率可靠性快速计算方法,利用改进三点估计法以及三阶多项式正态变换,在保留输入变量相关性的同时有效缩减输入样本点规模,并采用级数展开得到概率可靠性。首先采用改进三点估计法,在独立标准正态空间内选取样本点,再通过三阶多项式正态变换将其转换为原始变量空间的样本点;接着采用序贯蒙特卡洛方法,在考虑孤岛划分的情况下对样本点进行可靠性计算;最后通过Edgeworth级数展开,得到可靠性指标的概率分布。对改进的IEEE-RBTS Bus6的F4馈线进行算例分析,结果表明:该文所提方法与传统蒙特卡洛方法的配电网系统可靠性计算结果之间仅存在2.195%的最大偏差,而该文所提方法计算时间仅为传统蒙特卡洛方法的1.05%,证明该文所提方法在保证较高精度的同时可以显著提升计算速度。

多级蒙特卡洛有限元方法求解对数势Cahn-Hilliard-Cook方程误差分析

本文用多级蒙特卡洛有限元方法求解具有对数势的随机Cahn-Hilliard-Cook方程。为了估计方程的温和解,运用Ciarlet-Raviart有限元方法进行空间离散化,对时间则采用向后欧拉格式离散,得到方程的全离散数值格式。同时运用多级蒙特卡洛方法进行数值模拟,相较于标准蒙特卡洛方法,提高了计算效率。文中主要给出了全离散格式的误差估计以及分别应用标准蒙特卡洛方法和多级蒙特卡洛方法进行数值模拟时的总误差估计。

基于蒙特卡洛模拟的虚拟测试场景生成方法

为了提高用户在虚拟测试场景中的体验感,提高虚拟测试场景的真实度,提出基于蒙特卡洛模拟的虚拟测试场景生成方法。采用Meanshift分割方法分割输入图像,并对分割后的图像块实施融合,标记图像区域,获取对应的深度图,融合上述深度图获得虚拟测试场景的深度图。采用透射率估计方法融合虚拟测试场景的深度图,通过梯度融合方法融合归一化处理低照度图像,将支持向量机学习方法引入场景生成过程中,控制场景生成过程。采用蒙特卡洛模拟方法消除场景中存在的噪声斑点,优化生成的虚拟测试场景。实验结果表明,研究方法的场景生成误差较小,生成的虚拟测试场景具有较高的逼真度和真实感。

基于蒙特卡洛方法的配电网线路雷击跳闸率计算

雷击是造成配电网线路跳闸的主要因素,现提出基于蒙特卡洛方法来计算雷击跳闸率。通过模拟线路遭受雷击并判断随机变量的值是否满足线路跳闸的条件,对模拟结果进行统计,并通过屏蔽因子进行修正得到雷击跳闸率。同时结合某地区的雷电流幅值概率分布拟合曲线,计算该地区配电网线路的雷击跳闸率,并与IEEE和国标推荐法计算出的雷击跳闸率进行了比较,得出基于蒙特卡洛方法的拟合曲线计算出的雷击跳闸率更接近实际进行统计值,表明所提出的方法相比IEEE和国标推荐法具有较高的准确性。

基于蒙特卡洛仿真的航空用测控装置可靠性预计

文章研究了某面向航空应用的高可靠性测控装置的可靠性预计问题。根据测控装置设计原理图建立了可靠性框图,基于GJB/Z299C手册和应力分析法得到了元器件可靠性数据,建立了基于蒙特卡洛仿真方法的系统可靠性预计数学模型,预计了测控装置的可靠性指标,并通过分析查找可靠性薄弱环节,改进了设计方案,提高了可靠性,最终达到设计要求。文章研究表明,蒙特卡洛仿真方法对于混连复杂电子系统的可靠性预计具有较好的实用性。

一种蒙特卡洛方法的区块链邻居节点优选策略

针对目前区块链网络中区块传播耗时长、网络拓扑传输性能差的问题,设计了一种基于蒙特卡洛方法改进的邻居节点优选策略。首先,通过每轮区块到达节点的时间求得节点与邻居节点间的评分;然后,根据当前邻居节点的淘汰率从候选节点中随机添加新节点放入当前节点的邻居集,算出全部可能会被淘汰的组合,再利用蒙特卡洛方法和Softmax函数得到每个组合可能被淘汰的概率;最后,根据当前邻居节点的淘汰概率,从网络中随机选择节点替换当前邻居节点。仿真结果表明:与随机选择邻居节点的策略相比,邻居节点优选策略能提升区块在区块链网络中的传播效率,使区块的平均传播时间缩短30%左右。

蒙特卡洛方法用于城镇5G基站电磁暴露安全评估

电磁暴露安全是当前5G通信在大规模商业化推广过程中需高度重视的问题.大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)和天线3D波束成形等技术在现有5G基站中已得到成熟应用,但以往传统确定性方法在评估该类基站时过于保守,很难得到准确可信的基站电磁暴露评估结果.本文在以往基于蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)统计方法的5G基站电磁暴露评估模型基础上,进一步模拟构建了城镇基站小区的三维用户场景,采用电磁暴露相对因子作为衡量指标实现了更真实用户场景下的5G基站电磁暴露水平评估.结果表明,在文中给定的两类基站配置参数下,5G基站小区在最坏情况下电磁暴露相对因子计算结果最大值仅有保守确定性方法给出的电磁暴露评估结果的25%左右,说明5G基站引入大规模MIMO和波束成形技术后不仅改善了用户通信质量,同时也使覆盖区域内电磁暴露量值分布更为均匀,得到了比传统基站更低的电磁暴露水平.

基于蒙特卡洛算法优化下的预制UHPC电力设施基础造价研究

针对目前UHPC在预制电力设施基础生产中尚无相关定额进行技术经济指导的现状,本文通过对实际项目进行实地调研与数据分析,以此来确定生产过程中人工消耗量水平及其影响因素。在此基础上使用蒙特卡洛算法对人工工日消耗量建立数据测算模型并对其进行优化,以此来研究该方法在样本数据稀少情况下判断最终人工消耗量的可行性与合理性。研究结果可为电力设施基础生产企业的类似生产项目提供企业人工消耗量定额编制的相关借鉴。

基于蒙特卡洛方法平尺测量直线度不确定度评估方法的研究

采用蒙特卡洛方法(MCM)对平尺最小二乘直线度和最小条件直线度进行测量不确定度评估。通过与测量不确定度评定指南法(GUM)的评估结果进行比较发现,MCM评估出的最小二乘直线度和最小条件直线度的测量不确定度分别比GUM评估结果小0.028μm和0.026μm。在给定的0.05μm允差范围内,两种评估方法对直线度测量不确定度的评估均有效。统计检验采用了kolmogorov-smirnov检验法、jarque-bera检验法、normal probability plot图示法、偏度和峰度检验法。通过对两种不同定义直线度的测量模型进行统计检验分析发现,被测量分布函数与正态分布的峰度偏离是造成差异的主要原因。

基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击特性计算

航空发动机摄入冰晶易发生内部结冰、造成发动机推力损失,严重时引发航空事故。冰晶结冰数值模拟是研究冰晶结冰的重要手段,而撞击收集系数计算是冰晶结冰数值模拟的关键环节。基于NNWICE平台开展冰晶结冰前期的阻力系数、运动轨迹和撞击收集系数的数值模拟与计算研究,实现了基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击收集系数的准确计算;在此基础上发展了拉格朗日框架下冰晶粒子运动、传热传质耦合数值计算方法;通过完成二维NACA0012翼型的相关算例,对比分析了不同阻力模型和冰晶相变对撞击收集系数的影响。结果表明阻力模型对冰晶撞击收集系数影响较小,冰晶相变过程会对冰晶运动轨迹及撞击收集系数产生显著影响,为进一步发展冰晶结冰数值模拟计算方法奠定了基础。

用蒙特卡洛方法估计蛋白质折叠速率

采用蛋白质残基间的非局域接触距离构造接触得分函数,将蛋白质结构映射为接触得分序列。假设接触是独立形成的,应用蒙特卡洛方法对146个蛋白质的实验折叠速率值进行了估计,结果显示,蒙特卡洛步骤数与折叠速率之间存在良好的相关性,拟合优度达到0.69。进一步,若仅保留那些由特定氨基酸参与的非局域接触得分,认为这些接触在折叠过程中扮演了重要角色,此时蒙特卡洛步骤数与折叠速率之间的相关性将提高到0.72。结果表明,由特定残基参与形成的非局域接触数量是决定蛋白质折叠速率的主要因素。

基于序贯蒙特卡洛方法的风电并网系统调峰裕度评估

在分析风电并网后系统调峰需求变化的基础上,运用可靠性理论,基于序贯蒙特卡洛方法,提出了风电并网系统调峰裕度评估方法。该方法计及常规机组的强迫停运概率和风电随机波动特性,充分利用序贯蒙特卡洛方法便于加入规则的特性,提出了调峰不足概率指标及其计算方法。利用所述方法对IEEE-RTS系统进行了调峰裕度评估,验证了该方法的可行性和有效性。

大型电力系统可靠性评估中的马尔可夫链蒙特卡洛方法

提出大型电力系统可靠性评估的一种新的蒙特卡洛模拟方法—马尔可夫链蒙特卡洛方法(Markov chain Monte Carlo,MCMC)。MCMC方法是一种特殊的蒙特卡洛方法,它将随机过程中的马尔可夫过程引入到蒙特卡洛模拟中,实现动态蒙特卡洛模拟。该方法通过重复抽样,建立一个平稳分布与系统概率分布相同的马尔可夫链,从而得到系统的状态样本。由于MCMC方法考虑了系统各个状态间的相互影响,相比于随机采样的蒙特卡洛方法所得到的独立样本序列,更准确模拟了电力系统运行实际情况。IEEE-RTS 24节点算例表明,该算法可快速收敛,节省计算时间,提高计算速度。同时,由于每条马尔可夫链均收敛于同一个分布,即所谓平稳分布,所以算法具有良好的稳定性。对西北330 kV电网的可靠性评估再次表明了该方法的正确性和有效性以及该方法用于大型电力系统的可靠性评估的优越性和潜力。

基于蒙特卡洛方法的搅拌摩擦焊晶粒生长模拟

搅拌摩擦焊接焊后材料微观晶粒结构对构件焊后的力学性能有重要影响。在搅拌摩擦焊接数值模拟的基础上,采用蒙特卡洛模拟方法研究了焊后构件截面晶粒尺寸的分布规律。结果表明,在搅拌区域,母材受搅拌针作用后破碎细化的致密晶粒为初始生长形貌;在热力影响区,材料受到轴肩旋转拉伸的作用,跟踪材料的物质点可得到拉伸比例,并作用于母材晶粒,得到该区域初始晶粒的形貌;热影响区的晶粒变化表现为母材晶粒在温度场作用下的生长。蒙特卡洛迭代步数由材料边界扩展速度推导确定,其受材料经历的温度历程影响。研究结果与文献中晶粒尺寸的分布规律相符,验证了模型用于预测搅拌摩擦焊接晶粒生长的可行性。

3-PRS机构工作空间的蒙特卡洛方法分析

工作空间分析是并联机构设计与评价中极其重要的工作.针对3-PRS并联机构工作空间描述及求解复杂的问题,采用蒙特卡洛方法进行工作空间的求解及分析.对运动特性及工作空间进行了分析,给出了计算工作空间的方法,并给出了具体的实现步骤.最后用计算实例验证了该方法的有效性.结果表明,蒙特卡洛方法研究3-PRS工作空间编程简单,并且工作空间中点的均匀性好;刀具的长度对工作空间的范围有很大影响;3个姿态角,X,Y的坐标等信息可以展现在一个二维图上,直观形象,方便查询.

利用蒙特卡洛方法计算陶瓷刀具磨损可靠性

在连续切削的条件下 ,陶瓷刀具的失效形式是以磨粒磨损为主的磨损失效 ,其磨损寿命由材料的断裂韧性、硬度和切削过程的参数决定 .利用蒙特卡洛方法分别随机生成断裂韧性与硬度的样本值 ,利用连续车削试验确定切削过程参数 ,将得到的样本值与切削参数相结合可计算刀具在相应切削条件下的磨损寿命及其可靠性 .计算结果表明 :陶瓷刀具的断裂韧性对磨损寿命的可靠性影响较为明显 。

基于蒙特卡洛方法的采摘机械手工作空间分析

机械手的工作空间是一个重要的运动学指标。利用基于随机抽样的蒙特卡洛方法,对4自由度采摘机械手的工作空间进行了分析。根据分析过程编制算法程序,借助计算机图形显示功能,得到机械手工作空间仿真图形和主剖视图。结果显示,该机械手的工作空间紧凑,没有空腔和空洞,取得了较好的效果。

毁伤概率评估的加权蒙特卡洛方法

由于经典蒙特卡洛方法的仿真效率不高,文中利用概率论和数理统计的基本原理,可以推导得到加权蒙特卡洛方法。加权蒙特卡罗方法不但能有效的缩小了样本方差,还能提高目标事件出现概率,相当于提高了样本的抽样效率,从而提高了仿真效率。与此同时,文中分别利用经典蒙特卡洛和加权蒙特卡洛这两种方法对典型目标进行了仿真计算,仿真计算最终证明了加权蒙特卡洛方法的仿真效率明显优于经典蒙特卡洛方法,能使仿真工作量成数量级的衰减。

蒙特卡洛方法数值研究大气颗粒物动力学效应和辐射传输性质

爆发性增强的雾天,空气污染严重能见度低,这与大气边界层湍流性质、悬浮颗粒的动力学及散射性质密切相关.文中基于颗粒群平衡方程和Mie理论,采取加权蒙特卡洛方法,自行开发了Fortran程序.文中计算所得的颗粒尺度分布函数、颗粒散射性质与实验值、理论解一致,验证了数值模型和方法的正确性.此外,数值研究了雾爆发性增强阶段雾滴谱拓宽、能见度降低的机理,讨论湍流输运和颗粒局部聚集效应下颗粒间的碰并过程,并耦合颗粒散射性质,数值分析雾发展中湍流耗散率对颗粒对径向相对速度、系统透过率的影响;以及颗粒对径向相对速度与系统透过率、颗粒尺度的关系.研究结果表明:随着湍流耗散率的增大,颗粒的径向相对速度呈现先缓慢而后快速增大的变化趋势.1 000 s时刻,湍流的耗散率为1.0×10^(-2)m^2/s^3,颗粒径向相对速度(无量纲)为0.096 9;对于0.6μm的可见光,雾环境颗粒系统的透过率为0.47.此外,雾发展中雾滴易与气溶胶碰并,系统的散射性质与水组成的雾滴系统不同,天气的能见度明显降低.