基于Sobol’法的Petrel-Ⅱ水下滑翔机能耗参数灵敏度分析

水下滑翔机作为一种新型水下航行器,可通过浮力驱动实现多剖面连续运动.由于其强大的续航能力和较高的隐蔽性,被广泛应用于海洋调查和军事探测等领域.商业化水下滑翔机大多由自身携带的电池提供能源,由于电量限制,需开发更低功耗的水下滑翔机.本文基于动力学和流体力学理论,结合水下滑翔机工作流程和单元试验数据,建立了Petrel-Ⅱ水下滑翔机的单剖面能耗模型,海试数据表明,模型计算误差仅为实际能耗的1.3%,.采用Sobol’全局灵敏度分析方法得到了航行参数和设计参数对水下滑翔机能耗的1阶灵敏度和总灵敏度.结果表明,滑翔机下潜深度h、俯仰角度θ和航行速度V对单剖面能耗影响有着重要影响,其1阶灵敏度系数分别为0.388,8、0.227,2和0.138,0,总灵敏度系数分别为0.478,0、0.301,2和0.247,2.滑翔机纵向力系数Cx和横截面积S的灵敏度处于中间水平,其1阶灵敏度系数分别为0.044,0和0.034,5,总灵敏度系数分别为0.081,8和0.066,5.浮力驱动点位置lb、滑翔机总重G和垂向力系数Cy的1阶灵敏度系数和总灵敏系数均接近零,其值的波动对水下滑翔机单剖面能耗几乎不产生影响.

基于Sobol’法的车身噪声传递函数全局灵敏度分析

针对局部灵敏度分析方法不能考虑参数的概率分布、不能适用参数大范围变化及分析各参数之间交互作用等局限,将Sobol’全局灵敏度分析法引入到汽车噪声传递函数的灵敏度分析中。Sobol’法将函数f(x)分解成2n项递增项之和,通过采样计算模型响应的总方差及各偏方差,以求得灵敏度,从而有效避免了局部灵敏度分析方法的缺陷。以某型轿车为例,在建立声固耦合有限元模型的基础上,计算出从悬置点到驾驶员右耳处的车身噪声传递函数,并运用Sobol’法分析出相关板件厚度的一阶全局灵敏度及总体全局灵敏度值,从而甄别出对驾驶员耳旁声压单独影响较大或交互作用显著的板件,为车身噪声传递函数的优化工作提供指导。应用实例验证了该方法的有效性。

Sobol’法在非线性隔振系统灵敏度分析中的应用研究

将基于方差的全局灵敏度分析方法—— Sobol’法引用到结构动力分析中。 Sobol’方法利用积分将函数f(x)分解成递增项之和 ,通过采样计算 f(x)总方差及各项偏方差 ,从而求得灵敏度。与目前结构动力学广泛应用的局部灵敏度分析方法相比 ,该方法具有能考虑参数的随机分布、适用于参数不同的变化范围及参数同时变化情况等特点。以线性阻尼、立方刚度的非线性被动隔振体为对象 ,用 Sobol’法计算了传递率对结构参数的一阶及总灵敏度 ,得出了软、硬弹簧和线性阻尼对传递率的影响规律 。

基于Sobol’法的可变形状空腔全局灵敏度分析

高速气流经过空腔结构产生的高强度空腔噪声极易诱发空腔内结构共振而导致腔内元器件声疲劳破坏。提出了一种可变形状空腔控制方法,该控制方法通过机械装置调节空腔前、后壁面的倾斜角度达到降低空腔噪声的目的;在Ma=0.85条件下,利用大涡模拟(LES)预测空腔内的流体流动,以可变形状空腔的前、后壁面的倾斜角度作为设计变量,以空腔底板表面噪声载荷的主模态幅值作为响应,利用基于MSE准则的Kriging方法建立二自由度可变形状空腔的代理模型,利用Sobol’法分析模型的全局灵敏度。发现,可变形状空腔的前、后壁面倾斜可以明显抑制空腔底板表面噪声载荷的主模态幅值,其中后壁面倾斜的全局灵敏度为前壁面倾斜的1.712倍,并且前、后壁面倾斜对空腔底板表面噪声载荷的主模态幅值的交互影响小。

基于Sobol’法的轨道车辆前端吸能结构灵敏度分析

将全局灵敏度分析方法应用到轨道列车耐撞性分析当中。以轨道车辆前端吸能结构参数作为设计变量,分别以总吸能量和接触力峰值作为目标响应,采用Sobol’分析法,通过构建Kriging代理模型,计算各参数的一阶主灵敏度值、总灵敏度值和二阶交互效应灵敏度值,并进行分析,辨别对吸能性能影响较大的参数,将简化后结构与原结构的优化结果进行比较。结果表明:Kriging代理模型具有较高的精度,能满足耐撞性分析的要求;Sobol’法能很好地评价该过程的灵敏度,为优化设计提供有力参考,简化优化模型。

基于Sobol’法的转轮叶片动态响应灵敏度分析

水轮发电机组在运行过程中的工况复杂多变,致使转轮叶片产生激烈振动,为了探究工况参数对转轮叶片振动特性的影响,基于Sobol’法对转轮叶片的动态响应进行灵敏度分析。首先,根据转轮叶片的动力学模型推导转轮叶片动态响应的表达式;然后,基于Sobol’法推导转轮叶片动态响应对工况参数的灵敏度,揭示转轮叶片动态响应与工况参数之间的内在关系;最后,通过实例计算转轮叶片动态响应对转速的灵敏度,分析转速对转轮叶片动态响应的影响。结果表明,在转速/额定转速为0.6以及1.2时,转轮叶片动态响应对转速最为敏感,这为进一步深入研究转轮叶片的振动控制及机组的安全运行等提供一定的理论依据。

基于Sobol’法的孤岛微电网潮流全局灵敏度分析

随着可再生能源发电在微电网中的渗透率不断提高,微电网运行的不确定性显著增加,有必要准确评估输入变量对微电网状态的影响,以提高系统的运行控制水平。计及孤岛微电网中分布式电源和负荷的不确定性,基于有功—频率/无功—电压的下垂控制策略,构建了综合控制下的孤岛微电网概率潮流计算模型,并采用具有鲁棒性的自适应LM(Levenberg-Marquardt)算法进行求解。在此基础上,针对系统状态的不确定性,基于Sobol’全局灵敏度理论,建立了一种考虑源荷不确定性的孤岛微电网概率潮流灵敏度分析法,用于辨识影响系统状态的关键因素。通过对有多台分布式电源接入的33节点孤岛交流微电网系统进行仿真,获得了各输入变量的一阶灵敏度和总灵敏度,分析了输入变量对系统状态的影响,验证了所提方法的有效性。

基于Sobol’法的歼击机需求影响因素灵敏度分析

针对歼击机需求确定影响因素众多、传统分析方法仅能进行定性分析的问题,提出了基于Sobol’法的歼击机需求影响因素灵敏度分析方法。在构建了歼击机需求确定模型的基础上,提出了基于Sobol’法的歼击机需求确定模型参数灵敏度分析步骤,并结合算例验证了方法的可行性和有效性。分析结果表明:我方拟夺取空中优势等级的概率、敌方出动歼击机的数量和敌我双方歼击机作战效能的比值对歼击机需求的影响较大,战术运用系数、协同作战系数和管理优劣系数的影响微乎其微。

采用Sobol’算法分析变电站接地网关键参数的灵敏度

为深入了解变电站接地网参数对其接地性能的影响,采用Sobol’全局灵敏度分析法,以变电站接地网接地电阻为目标函数,通过Latin超立方采样技术对影响接地电阻的多种参数进行采样,计算分析了各个参数的1阶灵敏度系数(FSC)及总灵敏度系数(TSC)。结果表明,Sobol’灵敏度分析法可较好地定量分析影响变电站接地电阻的相关参数对接地电阻的影响程度。接地网面积、土壤电阻率的总灵敏度系数分别为-0.896、0.881,对接地电阻影响较大;接地网埋深与垂直接地极长度的总灵敏度系数分别为其1阶灵敏度系数的6.74倍及8.62倍,说明这2个参数与其他参数间有着较强的相互作用,需要综合考虑其对接地网接地电阻的影响。

基于Morris法的供水管网全局灵敏度分析

灵敏度分析定性或定量评估输入参数的不确定性对模型输出结果的影响,可辅助基于供水管网模型进行的分析和设计。为提高识别管网模型中关键参数的效率,提出采用Morris法进行全局灵敏度分析。将Morris法用于分析纽约隧道问题,并对Morris法和Sobol’法进行详细对比,结果表明:与Sobol’法相比,Morris法精度稍差,但其计算量远小于Sobol’法。最后,对管网模型全局灵敏度分析方法的选择提出建议。

基于偏导全域积分的结构全局敏感性方法

针对传统基于方差的Sobol’法求解效率不高,稳健性不足,且无法进一步对高阶交叉子项的影响进行有效分解和合理分配的问题,文章提出一种实用而有效的基于偏导信息全域统计和最优多项式代理模型的结构全局敏感性方法。首先采用多项式结构选择构建具有良好拟合能力和预测能力的最优代理模型,且便于直接积分操作;其次通过对模型变量的偏导进行全域积分将基于偏导的局部敏感性方法扩展为全局敏感性方法;此外,重新定义了一种更便于求解的敏感性指标,能很好地实现对高阶敏感性指标进行有效分解,使敏感性结果直接对应于模型变量而不存在高阶指标,这更具有工程实际意义。数值算例1说明Sobol’法总敏感性指标在应用中所存在的不足;数值算例2表明提出的方法对复杂高维模型的有效性;工程算例说明本文的方法对于复杂工程结构问题的适用性和有效性。

考虑全局相关性的主动配电网电压安全优化控制

新型电力系统下,配电网侧规模化分布式新能源的不确定性使得电压安全问题日益突出,现有方法主要假设随机变量为独立分布,较少考虑随机分布间的相关性,而配电网侧随机量的相关性较强,降低了电压控制效果。文中提出了一种考虑全局灵敏度的主动配电网电压稳定优化控制策略。首先,采用L指标衡量系统的电压稳定程度,构建了考虑多场景电力系统稳定性的概率潮流模型。其次,基于Sobol’法的全局灵敏度定量分析了输入变量的不确定性及变量间的相关性对电压稳定的影响。然后,基于灵敏度分析结果,优化求解系统中的调控设备。最后,在修改后的IEEE 33节点系统、IEEE 118节点系统及实际系统中进行仿真。结果表明,基于全局灵敏度提出的多随机性场景优化控制策略能在考虑多变量相关性的同时,实现调控设备在不同运行场景下的高效利用,支撑有源配电网安全运行。

隔振系统的灵敏度分析

灵敏度分析是一种评价因设计变量或参数的改变而引起目标函数特性敏感程度的方法。通过对隔振系统的各个参数进行灵敏度分析,确定调整何种设计参数最为有效,从而合理地选择设计参数,可以大大简化隔振系统的优化设计过程。文中对各种灵敏度分析方法进行了分析比较,并应用Sobol′法和FAST法这两种全局灵敏度分析方法对双层隔振系统进行了灵敏度分析,其分析结果对于隔振系统的优化设计有重要的意义。

平流层软式飞艇的多参数敏感性分析

为研究各参数对平流层软式飞艇力学性能的影响,采用基于拉丁超立方抽样的全局灵敏度分析方法——Sobol’法对某平流层软式飞艇进行了多参数敏感性分析,统计分析了材料参数、荷载参数及外形参数对结构静力性能及自振特性的总体敏感度;采用单参数变化的思想,研究了主要敏感参数对结构最大等效应力、最大变形及自振频率的影响规律.结果表明:对于结构静力性能,蒙皮面密度及吊索相关参数的敏感度可以忽略不计;对于自振特性,吊索相关参数的敏感度可以忽略不计;增加长细比、蒙皮厚度、蒙皮弹性模量或减小径向最低点压差值可以有效地提高结构的局部力学性能;增加径向最低点压差值或减小长细比可有效提高结构腰部抗变形能力.

履带急救车非线性减振系统动态性能优化

针对履带急救车非线性减振系统在随机激励下的动态性能优化问题,首先提出了一种基于改进的分块增维精细积分法和NSGA-Ⅱ算法的多目标参数辨识方法,对履带急救车非线性减振系统进行了参数辨识;然后,应用Sobol’法分析了减振系统各物理参数对系统输出的全局灵敏度;最后,应用遗传算法对减振系统进行了动态性能优化。结果表明:经过优化,担架台垂向振动加权加速度均方根值由原来的0.521 0 m/s2下降为0.418 3 m/s2,降幅达19.7%,减振系统动态性能得到了明显改善。

基于Sobol'法的换热网络全局灵敏度分析

将基于方差的全局灵敏度分析方法——Sobol'法引用到换热网络灵敏度分析中。阐述Sobol'法全局灵敏度分析法原理,分析影响换热网络灵敏度因素数值模拟的实现。以某换热网络为例,采用Sobol'法对物流的进出口温度以及热容流率,换热器的传热系数以及传热面积等影响因素进行了全局灵敏度分析。通过比较各因素对换热网络的一阶灵敏度及总灵敏度,分析单个因素以及多个因素联合对换热网络的影响。甄别出对换热网络系统运行影响较大的敏感因素以及影响较小但存在交互影响的因素。

落石冲击作用下柔性棚洞结构灵敏度分析

研究目的:柔性棚洞是一种拦截边坡落石的被动防护结构,凭借施工方便、经济环保等特点广泛运用于落石灾害防护领域,但是目前没有规范指导柔性棚洞结构进行设计。本文基于能量法建立落石冲击柔性棚洞结构失效模型等三个模型,采用Sobol’全局灵敏度分析法得到柔性棚洞结构参数一阶、全局灵敏度,提出柔性棚洞结构优化设计思路。研究结论:(1)同一参数在不同计算模型中灵敏程度不同;(2)参数间相互作用明显,三个模型中所有参数全局灵敏度相较一阶灵敏度有不同程度增长;(3)柔性棚洞结构失效模型中,较小幅度的调整高灵敏度参数(通行界限和钢丝绳等效横截面积)可使结构满足设计要求同时用钢量增加最少;(4)本研究成果可用于柔性棚洞结构优化设计,使结构设计更具经济性。

电力变压器绕组电气参数对绕组变形的全局灵敏度分析

目前已有利用变压器绕组电气参数检测绕组变形的方法,但对电气参数变化与绕组变形之间的联系的研究还不够深入。为此,提出一种分析绕组电气参数对不同种类变形的全局灵敏度方法。该方法首先采用响应面法,建立显式化的绕组电感电容参数响应面模型。然后基于蒙特卡罗的Sobol’全局灵敏度分析法计算各电气参数对不同变形种类的全局灵敏度,分析各电气参数反映不同类型绕组变形的灵敏度。进一步分析其变异系数,以比较不同电气参数针对同一类型绕组形变的灵敏度。以某型号变压器为例进行了分析,分析结果表明利用本方法可以揭示各电气参数与绕组变形种类的内在联系。依据结果可将灵敏度较高的参数信息引入变形判据,为基于电气参数的绕组变形检测提供了理论基础和新的思路。