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。

基于蒙特卡洛法的Euler-Bernoulli梁基频和振型求解方法

将Rayleigh法和蒙特卡洛法相结合,在Euler-Bernoulli梁理论假设下求解了均匀梁、变截面梁和附带集中质量的变截面梁自由振动问题.对原本连续的梁结构模型进行离散化处理,利用蒙特卡洛法给出梁结构的假设振型.将假设得到的梁结构振型函数代入Rayleigh法,多次计算过程中,将历次基频所得值与计算所得最小值进行比较,根据其相对误差判断是否满足收敛条件,进而求得基频及对应的振型.结果表明,不同计算模型中基频最大误差不超过10%,能够满足工程需求,且精度和时间的控制参数调整灵活,使用者可根据自身需要自行调节.该方法理论简明,适用范围广泛,能够快速准确地求解诸多类型的梁结构基频和振型.

基于蒙特卡洛法的喷管中强非均匀性介质辐射换热问题求解加速策略

固体火箭发动机喷管内的辐射换热不可忽视,使用传统蒙特卡洛法模拟效率低下,而现有蒙特卡洛法加速策略研究多局限于辐射物性跨越1个数量级的情况,这与实际喷管中的强非均匀性特点不符。因此,辐射物性跨越2~3个数量级时,以零碰撞蒙特卡洛法为基准,对加权零碰撞蒙特卡洛法和分解蒙特卡洛法两种加速策略进行比较探究,分别考察了灰介质立方体、非灰介质圆柱体算例。结果表明:加权零碰撞蒙特卡洛法在零碰撞衰减系数取全局最大值的60%以上、分解蒙特卡洛法在控制介质辐射物性取全局最大值的3%以内时,二者均可在保证计算精度的前提下缩减计算用时;相较分解蒙特卡洛法,加权零碰撞蒙特卡洛法的加速性能更好,其在非灰算例中的效率提升最高可达14%。此外,还提出了一种改进的轴对称网格定位方法,在几种典型路径中计算用时可缩减43%以上。

蒙特卡洛法在培养学生计算思维中的实践探索

介绍了蒙特卡洛法在初中信息科技课堂教学中的探索和应用,旨在培养学生的计算思维能力,提高其信息技术水平。首先介绍了蒙特卡洛法的基本原理和步骤;其次以三个实际问题为例,详细讲解了如何使用其进行模拟和计算,展示了动态过程和实际结果,讨论了蒙特卡洛法与计算思维的关系,指出其是培养计算思维的有效途径之一;最后提出将蒙特卡洛法与人工智能技术相结合,可以实现个性化学习、智能答疑、课堂辅助和学习评估,进一步提高教学效果和学生的学习体验。

蒙特卡洛法在减速箱公差分析中的应用

【目的】减速箱零件的公差直接影响着齿轮箱的质量、性能及生产成本,选择适宜的方法进行尺寸链分析与计算有助于提高零配件装配精度。【方法】以蜗轮轴向密封精度要求为例,遵循尺寸链计算规范,推导了极值法、概率法、蒙特卡洛法在尺寸链公差分析中的计算公式,并进行了实例分析,对比了极值法、概率法和蒙特卡洛法三种方法求解封闭环尺寸公差的优劣。【结果】使用蒙特卡洛法的公差结果与概率法结果接近,分别为0.174 2 mm、0.289 6 mm,使用极值法求解得到的结果值最大,为0.515 mm,证明了使用蒙特卡洛法计算得到的公差带范围更加合理、精度更高。【结论】使用蒙特卡洛法进行尺寸链计算,可以放大组成环公差,适当降低零部件的加工精度,一定程度上可以减少加工成本,本研究可为同类线性尺寸链计算提供参考。

基于蒙特卡洛算法的定日镜场的优化设计

针对定日镜场的优化设计问题,本文首先建立阴影挡光效率模型,结合蒙特卡洛与光线追踪法求解阴影遮挡效率;根据太阳高度角、太阳方位角求解余弦效率、法向直接辐射照度等,得出光学效率与定日镜场的输出热功率。其次,建立以单位面积定日镜输出热功率最大为目标的非线性目标规划模型。在给定相邻定日镜间距的范围内,求得定日镜场中每一圈层的定日镜数目与相邻定日镜的间距大小;采用Campo布置方法确定定日镜坐标,利用阴影挡光效率模型,当额定年平均输出热功率达到60 MW,求得吸收塔位置坐标(0, 0, 80),定日镜尺寸(宽 × 高)为(6 m × 6 m),安装高度为4 m,定日镜总数为2475面,定日镜场总面积为89,100 m2。利用Campo方法确定定日镜场中的定日镜排列方式,能够在简化定日镜场的条件下更为简单的求解定日镜的具体坐标。最后,保持额定功率不变,设计定日镜尺寸为(7 m × 7 m)、安装高度为4 m来达到更大单位面积输出热功率。

基于改进蒙特卡洛法的电网二次系统风险评估

为了降低电网二次系统运行风险,本文提出了一种基于改进蒙特卡洛法的电网二次系统评估方法。采用马尔科夫链对蒙特卡洛法进行改进;利用改进蒙特卡洛法对电网运行数据进行算例分析,对电网二次系统进行风险评估。仿真结果表明,改进蒙特卡洛法的各项稳定性指标更好,电网在冬季最大运行方式下的运行风险最大,可靠性最差,仿真结果对电网风险管理具有指导意义。

基于案例库的幕墙损坏风险蒙特卡洛法模拟评估

随着建筑行业的发展和城镇化的深入,建筑运维期间发生的各类安全事故呈现出逐年上涨的态势.文章基于历年积累的案例库及对新兴突发事件的在线采集,预测了建筑运维期间幕墙损坏的风险概率,并通过分析造成幕墙损坏事件的可能底层原因,利用蒙特卡洛法评估了各因素对幕墙损坏事件概率的影响,之后通过概率占比统计及概率预测结果,实现对幕墙损坏风险的实时预警和监控.研究结果显示,幕墙损坏事故的发生总概率约为1×10^(-4)次量级.在各种可能的底层事件中,质量缺陷、温差过大、施工缺陷是导致幕墙损坏的主要原因.其中,质量缺陷的权重最大,占比接近50%,其对幕墙损坏概率的影响预测高达90%以上.

蒙特卡洛法分解相机视轴热稳定性指标的方法

随着用户对定位精度的要求越来越高,遥感器对视轴稳定性的要求指标也越来越高。随着相机系统复杂性的提高,部组件设计完毕后复算视轴稳定性的迭代设计方法越来越不可取。为将视轴稳定性指标分解到部组件,利用线性光学理论,以某相机为例,使用CODEV得到光学系统的视轴灵敏度矩阵。在此基础上,使用蒙特卡洛法将相机总体视轴稳定性指标分解到了各部组件。结果表明,若要视轴保持0.45″(CE90)的稳定性指标,主镜、次镜、三镜应分别保证最大平移不超过0.76、1.5、2.5μm,最大角位移不超过0.1″、0.4″、0.8″。最后,根据设计后的相机模型复算了相机视轴稳定性,结果表明满足总体指标。该方法可为复杂遥感器设计之初的视轴稳定性指标分解提供参考。

基于马尔科夫-蒙特卡洛法的配电网分时段孤岛划分

针对分布式电源出力波动性与负荷需求不确定性的配电网孤岛划分问题,提出了一种将马尔科夫状态空间法与蒙特卡洛模拟法相结合的求解不确定性孤岛划分问题的方法。所述方法的基本思路为:将全天负荷分成4个时段对应于4个场景分别进行考虑,通过马尔科夫-蒙特卡洛法在4个场景的基础上针对日间和晚间分别进行孤岛划分,得到各负荷开关状态转移概率后选择合适的边界概率值划定初步的孤岛范围,再对初步孤岛进行潮流校验与调整,给出日间和晚间的最终孤岛划分方案。通过配电网算例进行仿真分析,验证了方法的有效性。

基于蒙特卡洛法的粮食侧压力下SIW墙板可靠性及灵敏度分析

“结构-隔热”一体化复合墙板(SIW墙板)是一种新型粮食平房仓墙体构件,由内、外叶混凝土墙和保温板通过连接件组成。为研究粮食侧压力作用下SIW墙板力学性能的可靠性及随机参数的灵敏度,建立了有限元分析模型,以内叶墙挠度和混凝土强度不同控制条件的功能函数为失效准则,采用蒙特卡洛拉丁超立方抽样方法,对影响SIW墙板承载力的随机输入参数按分布类型开展了100000次抽样及计算,分析了SIW墙板的可靠性,量化了随机参数的灵敏度。研究结果表明:有限元模拟结果与试验结果相差不足5%,功能函数失效概率分别为P f1=5.02×10^(-2)、P f 2=3.30×10^(-4),建立的有限元模型是有效的,对比规范其可靠度均在安全范围之内,应主要考虑影响混凝土强度失效较大的参数;粮食重力密度、混凝土弹性模量和保温板弹性模量的变化对SIW墙板混凝土强度可靠性的影响较大。研究成果为SIW墙板结构设计及优化提供了参考依据。

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。

基于蒙特卡洛法的组合梁桥支座生产误差影响分析

运用蒙特卡洛法,借助MATLAB编程生成随机误差数据进行计算,选取可靠度为95%的总误差值,通过ABAQUS平台建立不同跨径及不同连接形式钢-混组合梁有限元模型,分析支座生产误差对钢-混组合梁力学性能的影响。结果表明,支座生产误差对简支梁桥的影响较小,使单跨固结形式桥梁局部混凝土板产生受拉倾斜现象;对钢梁不同连接形式双跨组合梁桥支反力的影响不同,固结连接形式跨中单个支座生产误差对横向相邻支座和纵向梁端支座反力的影响较大,而U形钢铰连接形式仅对横向相邻支座产生影响,对梁端支座几乎没有影响,更有利于桥梁整体稳定性。

基于蒙特卡洛物质点法的土质滑坡全过程风险定量评估

针对土体参数空间变异性问题,提出了一种定量评估滑坡全过程风险的数值方法:蒙特卡洛物质点法。基于滑动时间、滑动动能、滑动质量比和滑动距离等四种定量评估参数,对土体黏聚力和内摩擦角在不同概率分布下滑坡全过程风险进行了定量评估。结果表明:相较确定性分析,考虑土体变异性后能更准确地评估滑坡全过程风险;模拟结果在正态分布和对数正态分布下较为接近,而在三角形分布和均匀分布下差异较大。当黏聚力服从对数正态分布、内摩擦角服从正态分布时,蒙特卡洛物质点法可以有效开展滑坡全过程风险定量评估。

7自由度仿人机械臂工作空间求解的降密蒙特卡洛法

针对蒙特卡洛法和改进蒙特卡洛法在求解机械臂工作空间时存在精度不够准确和加密点云浪费的问题,提出一种降密蒙特卡洛法.首先,基于蒙特卡洛法中随机点分布不均的特性,对机械臂初始工作空间进行均匀加密,使空间的内部与边界区域分明;然后,采用扩展关节角度和循环加密随机点的方式,只对边界区域进行加密,达到降低工作空间随机点云密度的目的;同时,还研究了该方法中初始点云数量、各轴向分割体素数量、精度阈值、扩展关节角度和循环次数等参数对工作空间精度的影响;最后,通过仿真分析对降密蒙特卡洛法的有效性进行验证.结果表明:相比于蒙特卡洛法,降密蒙特卡洛法在工作空间平均误差率为0.022 42%时,总随机点云数量降幅为93.89%;相比于改进蒙特卡洛法,在循环次数为2次和4次时,降密蒙特卡洛法工作空间的平均误差率分别降低0.138 53%和0.113 29%,总随机点云数量降幅分别为44.83%和64.52%.

基于改进蒙特卡洛法的漫坝风险率计算研究

漫坝风险评估对于大坝风险管理具有重要意义。首先构建了考虑洪水和风浪联合作用的漫坝风险分析模型,采用重要抽样和拉丁超立方抽样相结合方式代替蒙特卡洛法中的简单抽样对洪水和有效风样本进行抽样,建立二者联合样本空间。在此基础上,采用改进蒙特卡洛法对漫坝风险分析模型进行求解。以辽宁省大伙房水库为研究实例,计算结果表明:基于混合抽样的改进蒙特卡洛法与直接蒙特卡洛法模拟的漫坝风险率收敛结果基本一致,但前者计算效率明显高于后者。利用基于混合抽样的改进蒙特卡洛法进行漫坝风险率计算可行且高效。

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。

基于蒙特卡洛法测定猪肝中四种异噁唑啉药物的不确定度评定

基于蒙特卡洛法(MCM),评定猪肝中四种异噁唑啉药物(阿弗拉纳、弗雷拉纳、沙罗拉纳、洛替拉纳)的不确定度,采用Excel辅助计算,并对GUM进行验证。结果表明,MCM评定不确定度简便高效,与GUM评定结果基本一致,二者均适用于猪肝中四种异噁唑啉药物的不确定度评定。

蒙特卡洛法在织物断裂强力测得值不确定度评定中的应用

ISO/IEC 17002:2017规定实验室检测或校准结果在声明与规定要求的符合性时,应考虑测得值的不确定度。织物断裂强力测得值的不确定度常采用基于误差传播规律的GUM法评定,但存在一定的局限性。本文采用自适应MCM法对GUM评定结果进行验证,结果表明,该方法适用于测得值的评定。

基于蒙特卡洛法的透平轮盘寿命计算及可靠性分析

为了对燃气轮机透平轮盘的概率疲劳寿命和可靠性分析展开充分研究,针对透平轮盘材料13Cr10MoW1VNbN开展了低周疲劳试验并进行结果分析及误差优化,基于Manson-Coffin公式及材料试验数据,建立了应变-寿命预测模型。分别采用蒙特卡洛法与包络线法,获得轮盘疲劳寿命数据样本,开展了统计分析及可靠性研究。结果表明:基于蒙特卡洛法得到的可靠度曲线比基于包络线法得到的可靠度曲线下降趋势更平缓,考虑的不确定因素更多,安全裕度更大。