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基于PCE法和最大熵法的船舶不确定性优化设计 被引量:2
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作者 魏骁 李恒 黄晨冉 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2023年第3期13-25,共13页
[目的]船舶不确定性优化设计(UDO)的关键在于不确定性的量化(UQ),传统的蒙特卡洛方法较为耗时且计算成本较高,故提出一种基于多项式混沌展开法(PCE)和最大熵法(MEM)的船舶UDO方法。[方法]首先,选取较低计算成本的PCE法来量化多个不确定... [目的]船舶不确定性优化设计(UDO)的关键在于不确定性的量化(UQ),传统的蒙特卡洛方法较为耗时且计算成本较高,故提出一种基于多项式混沌展开法(PCE)和最大熵法(MEM)的船舶UDO方法。[方法]首先,选取较低计算成本的PCE法来量化多个不确定参数作用下输出的随机性质;然后,根据正交多项式的特点,采用基于线性无关原则的改进概率配点法(IPCM)求解PCE系数;最后,利用推导的约束前4阶矩,结合最大熵法求解约束的概率密度函数(PDF),进而在失效域上积分得到UDO关注的约束失效概率。[结果]研究结果表明:改进概率配点法可以给出最优的概率配点数目,并显著减少样本点数量;基于PCE法和MEM法求解约束失效概率时,与蒙特卡洛法结果对比,其在不额外增加计算量的前提下亦可满足精度要求;散货船工程算例的优化结果验证了PCE法较常用的蒙特卡洛法在精度和效率上更具工程应用优势。[结论]该不确定性优化设计方法可以高效准确地实现船舶设计方案的稳健性和可靠性。 展开更多
关键词 不确定优化设计 不确定性量化 多项式混沌展开法 最大熵法 改进的概率配点法
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基于PCE的谐波减速器动态精度不确定性分析 被引量:9
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作者 张金洋 张建国 +2 位作者 彭文胜 刘育强 汪龙 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1056-1065,共10页
谐波减速器的动态精度不仅与其各个部件的制造公差和装配间隙有关,还必须考虑谐波减速器柔性和摩擦的影响。目前谐波减速器精度问题研究大多只考虑单一因素,在进行精度分析时没有考虑到模型参数的不确定性对精度的影响。本文研究了谐波... 谐波减速器的动态精度不仅与其各个部件的制造公差和装配间隙有关,还必须考虑谐波减速器柔性和摩擦的影响。目前谐波减速器精度问题研究大多只考虑单一因素,在进行精度分析时没有考虑到模型参数的不确定性对精度的影响。本文研究了谐波减速器在静态因素(加工、装配)和动力学因素(柔性、摩擦)综合作用下的动态精度问题;建立了考虑静态误差、柔性的非线性动力学模型;利用多项式混沌展开(PCE)方法进行参数灵敏度分析和不确定性分析,并和Monte Carlo方法作了比较,结果表明PCE方法效率更高。并基于动态精度PCE进行可靠性分析,得到动态精度可靠度。 展开更多
关键词 谐波减速器 动态精度 多项式混沌展开(pce) 灵敏度分析 可靠性分析
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复杂装备精密产品Grey-PCE多质量特性稳健优化设计 被引量:7
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作者 万良琪 陈洪转 +2 位作者 欧阳林寒 张笛 李亚平 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期472-481,共10页
为了解决柔顺复杂装备精密产品在不确定性结构参数情形下,其多质量特性波动与冲突的工程难题,提出一种灰色关联多项式混沌扩展(grey-polynomial chaos expansion,Grey-PCE)稳健优化设计新方法来解决这一工程难题。该方法基于多项式混沌... 为了解决柔顺复杂装备精密产品在不确定性结构参数情形下,其多质量特性波动与冲突的工程难题,提出一种灰色关联多项式混沌扩展(grey-polynomial chaos expansion,Grey-PCE)稳健优化设计新方法来解决这一工程难题。该方法基于多项式混沌扩展方法,建立柔顺复杂装备精密产品多质量特性代理模型;在此基础上,采用6σ稳健优化设计建模方法,构建了柔顺复杂装备精密产品多质量特性PCE稳健优化设计模型,通过NSGA-Ⅱ算法获得多质量特性解集;并采用接近度灰色关联分析法对多质量特性解集排序分析,获取了最佳稳健设计方案;最后,柔顺复杂装备精密产品算例验证了所提出方法的有效性和稳健性。 展开更多
关键词 多项式混沌扩展 稳健优化设计 不确定性 复杂装备产品
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PCE方法在空间实验室轨道预报误差分析中的应用 被引量:3
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作者 欧阳琦 陈明 +1 位作者 李翠兰 李勰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1286-1295,共10页
应用多项式混沌展开法(PCE)进行空间实验室轨道预报误差分析。通过构建PCE模型对轨道预报的不确定性传播过程进行近似,进而对轨道预报后航天器位置和速度的误差进行分析。分析了不同PCE模型阶数、预报时长以及样本点的数目对构建PCE模... 应用多项式混沌展开法(PCE)进行空间实验室轨道预报误差分析。通过构建PCE模型对轨道预报的不确定性传播过程进行近似,进而对轨道预报后航天器位置和速度的误差进行分析。分析了不同PCE模型阶数、预报时长以及样本点的数目对构建PCE模型的影响。综合考虑精度和计算效率,给出了适用于空间实验室轨道预报误差分析的PCE模型。将PCE方法与传统方法进行对比,结果表明PCE方法有较好的非线性近似能力,且计算效率高,验证了PCE方法应用于空间实验室轨道预报误差分析的有效性。 展开更多
关键词 多项式混沌展开法(pce) 空间实验室 轨道预报
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A polynomial chaos expansion method for the uncertain acoustic field in shallow water 被引量:3
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作者 CHENG Guangli ZHANG Mingmin 《Chinese Journal of Acoustics》 2013年第4期391-399,共9页
To obtain a universal model solving the uncertain acoustic field in shallow water, a non-intrusive model coupled polynomial chaos expansion (PCE) method with Helmholtz equa- tion is established, in which the polynom... To obtain a universal model solving the uncertain acoustic field in shallow water, a non-intrusive model coupled polynomial chaos expansion (PCE) method with Helmholtz equa- tion is established, in which the polynomial coefficients are solved by probabilistic collocation method (PCM). For the cases of Pekeris waveguide which have uncertainties in depth of water column, in both sound speed profile and depth of water column, and for the case of thermocline with lower limit depth uncertain, probability density functions (PDF) of transmission loss (TL) are calculated. The results show that the proposed model is universal for the acoustic propa- gation codes with high computational efficiency and accuracy, and can be applied to study the uncertainty of acoustic propagation in the shallow water en^-ironment with multiple parameters uncertain. 展开更多
关键词 pce A polynomial chaos expansion method for the uncertain acoustic field in shallow water
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考虑材料性能不确定性的声振强耦合系统稳健拓扑优化
6
作者 郑文治 陈海波 操小龙 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第22期93-102,共10页
针对外声场与结构强耦合问题,亟待开展不确定性优化的发展需求,提出了一种考虑材料性能不确定性的稳健拓扑优化设计方法。采用随机场模型描述材料弹性模量的不确定性,用级数最优线性估值方法将其离散成不相关的随机变量;进而用混沌多项... 针对外声场与结构强耦合问题,亟待开展不确定性优化的发展需求,提出了一种考虑材料性能不确定性的稳健拓扑优化设计方法。采用随机场模型描述材料弹性模量的不确定性,用级数最优线性估值方法将其离散成不相关的随机变量;进而用混沌多项式展开(polynomial chaos expansion,PCE)方法结合有限元-边界元耦合方法进行随机响应分析。通过材料属性的有理近似模型描述双材料的分布,以辐射声功率级的均值和标准差的加权和作为稳健拓扑优化的目标函数,随机响应的灵敏度同样通过PCE方法获得,最后通过移动渐近线优化算法对优化问题进行求解。数值算例表明,该方法相较于确定性拓扑优化可以获得对材料弹性模量不确定性更加不敏感的设计,这是不确定性优化方法在含外声场的声振强耦合问题上的一个新的拓展研究。 展开更多
关键词 声振耦合系统 拓扑优化 稳健设计 混沌多项式展开(pce)
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改进的稀疏网格配点法对EIT电导率分布的不确定性量化
7
作者 李颖 王冠雄 +2 位作者 闫伟 赵营鸽 马重蕾 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期613-621,共9页
针对电阻抗成像(EIT)研究中电导率分布的不确定性问题,提出基于灵敏度分析的改进稀疏网格配点法以量化不确定性.以4层同心圆头模型为算例,采用基于方差的全局灵敏度分析法对其进行分析,发现各层电导率的变化对输出电位的影响程度各不相... 针对电阻抗成像(EIT)研究中电导率分布的不确定性问题,提出基于灵敏度分析的改进稀疏网格配点法以量化不确定性.以4层同心圆头模型为算例,采用基于方差的全局灵敏度分析法对其进行分析,发现各层电导率的变化对输出电位的影响程度各不相同.考虑模型中各维输入变量对输出结果不同程度的影响,改进传统稀疏网格配点法.改进方法对各维输入变量配置不同的精度水平,将EIT模型的隐式表达式转化为显式表达式,构造出高精度的替代模型.与蒙特卡洛(MC)法、混沌多项式展开(PCE)法和传统稀疏网格配点法相比,改进方法能够以更少的计算成本获得较高精度的量化结果.仿真结果验证了所提改进方法的高效性. 展开更多
关键词 电阻抗成像(EIT) 不确定性量化 蒙特卡洛(MC)法 混沌多项式展开(pce)法 灵敏度分析法 稀疏网格配点法
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基于多维多项式混沌展开法的船舶不确定性优化设计 被引量:3
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作者 魏骁 冯佰威 +1 位作者 刘祖源 李冬琴 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2018年第1期42-47,共6页
以船舶不确定性优化设计为对象,分析考虑多个随机变量对优化目标和约束的影响,提出一种基于多维多项式混沌展开法(PCE)的船舶不确定性优化设计,并将其应用于散货船工程优化实例中,保证船舶的稳健性和可靠性。
关键词 多项式混沌展开法 不确定性优化设计 稳健优化设计 基于可靠性的优化设计
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基于含时序项代理模型的电力系统时域仿真不确定性分析 被引量:2
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作者 佘东 严正 +4 位作者 王晗 蒙飞 李宏强 徐潇源 戴玉臣 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2022年第20期119-128,共10页
随着电力系统中不确定性因素的不断增加,传统确定性的时域仿真分析已难以满足不确定性环境下系统暂态分析的需要。为此,提出了一种基于含时序项代理模型的时域仿真不确定性分析方法。该方法采用非线性有源自回归(NARX)模型表征系统动态... 随着电力系统中不确定性因素的不断增加,传统确定性的时域仿真分析已难以满足不确定性环境下系统暂态分析的需要。为此,提出了一种基于含时序项代理模型的时域仿真不确定性分析方法。该方法采用非线性有源自回归(NARX)模型表征系统动态特性,利用多项式混沌展开(PCE)方法刻画系统内随机因素的影响,在保证计算精度的同时,提高了时域仿真不确定性分析过程的效率。同时,引入了最小角回归(LAR)策略以选取代理模型的基函数,克服了高维随机变量所引起的维数灾问题。采用标准IEEE 9节点和118节点系统进行仿真,并与传统方法对比,验证了所提方法的准确性和高效性。 展开更多
关键词 电力系统仿真 时域仿真 不确定性分析 代理模型 多项式混沌展开
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基于混沌多项式的考虑子结构强度退化的混合试验研究 被引量:1
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作者 张睿 陈城 +2 位作者 田利 杨澄宇 侯和涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第24期11-16,共6页
混合试验作为一种新兴的抗震试验方法,近年来逐渐引起广泛的关注。传统的混合试验通常对其数值子结构采取确定性的参数,因而无法考虑其参数不确定性对地震下整体结构响应的影响。如何考虑子结构参数的不确定性成为混合试验设计的一个主... 混合试验作为一种新兴的抗震试验方法,近年来逐渐引起广泛的关注。传统的混合试验通常对其数值子结构采取确定性的参数,因而无法考虑其参数不确定性对地震下整体结构响应的影响。如何考虑子结构参数的不确定性成为混合试验设计的一个主要研究问题。运用一种量化参数不确定性的混沌多项式展开方法,通过非线性Bouc-Wen模型模拟试验子结构在反复荷载下的强度退化,探讨了一个单自由度非线性结构考虑不同延性下最大位移响应,通过混沌多项式建立结构响应元模型并使用最小角回归计算模型系数。研究表明混沌多项式元模型可以帮助对试验子结构出现强度退化的混合试验进行参数不确定性分析,也为如何在混合试验设计中考虑子结构不确定性提出了新的思路。 展开更多
关键词 混合试验 不确定性分析 混沌多项式展开(pce) 最小角回归 BOUC-WEN模型 强度退化
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基于均值点展开的单变元降维法在EIT不确定性量化研究中的应用 被引量:4
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作者 赵营鸽 李颖 +2 位作者 王灵月 崔阳阳 王冠雄 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第18期3776-3786,共11页
在电阻抗成像(EIT)技术中,介质参数的不确定性会对正问题计算产生影响,进而影响图像重构,因而,对EIT介质参数不确定性量化的研究具有重要的意义。采用四层同心圆模型和二维圆模型作为仿真算例对EIT正问题进行研究,将电导率分布参数作为... 在电阻抗成像(EIT)技术中,介质参数的不确定性会对正问题计算产生影响,进而影响图像重构,因而,对EIT介质参数不确定性量化的研究具有重要的意义。采用四层同心圆模型和二维圆模型作为仿真算例对EIT正问题进行研究,将电导率分布参数作为无相互作用的随机输入变量,使其服从随机均匀分布,基于均值点展开的单变元降维法(UDRM)计算得到边界电极电压的均值、标准差和概率分布等相关统计信息,分析电导率的不确定性对模型输出边界测量电压的影响,并与蒙特卡罗模拟(MCS)法、混沌多项式展开(PCE)法仿真结果进行比较。结果表明,UDRM能够准确高效地处理低维不确定性问题,且在处理高维不确定性问题时能有效缓解“维数灾难”问题。 展开更多
关键词 电阻抗成像 不确定性量化 单变元降维法 蒙特卡罗模拟 混沌多项式展开
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翼吊式飞机跨声速气动特性的不确定性分析
12
作者 莫邵昌 张鑫帅 +2 位作者 谢芳芳 季廷炜 郑耀 《气体物理》 2024年第4期27-38,共12页
针对随机不确定性可能带来翼吊式飞机严重气动性能波动的问题,提出了一种基于主动学习加点策略的Gauss过程回归(Gaussian process regression,GPR)代理模型方法用于不确定性分析,该主动学习加点策略能够有效地降低模型不确定性,提高不... 针对随机不确定性可能带来翼吊式飞机严重气动性能波动的问题,提出了一种基于主动学习加点策略的Gauss过程回归(Gaussian process regression,GPR)代理模型方法用于不确定性分析,该主动学习加点策略能够有效地降低模型不确定性,提高不确定预测的精度。关注来流不确定性输入,分别使用Smolyak稀疏网格多项式混沌展开(polynomial chaos expansion,PCE)方法和基于主动学习加点策略的GPR代理模型方法,结合Sobol灵敏度分析对翼-身-短舱-挂架几何进行了不确定性分析。结果表明,在跨声速条件下,攻角和Mach数的不确定性会引起翼吊式飞机升力系数和阻力系数的剧烈波动,其中升力系数的波动同时受攻角和Mach数的影响,阻力系数的波动主要由Mach数决定。 展开更多
关键词 不确定性分析 Gauss过程回归(GPR) 多项式混沌展开(pce) 灵敏度分析 气动性能
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利用多项式混沌展开的结构可靠性分析 被引量:1
13
作者 张明 王恩志 +2 位作者 刘耀儒 齐文彪 王德辉 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1314-1320,共7页
实际工程设计优化、设计空间搜索、灵敏度分析、可靠性分析等问题,若单次模拟比较费时,直接用原模型进行数千、甚至数百万次模拟是不可能完成的任务。多项式混沌展开方法是解决这类问题的有效方法,其方法表达和程序实现是应用中关注的... 实际工程设计优化、设计空间搜索、灵敏度分析、可靠性分析等问题,若单次模拟比较费时,直接用原模型进行数千、甚至数百万次模拟是不可能完成的任务。多项式混沌展开方法是解决这类问题的有效方法,其方法表达和程序实现是应用中关注的重点问题。该文介绍了多项式混沌展开方法的数学理论,并将之用于结构可靠性分析。首先,将结构可靠性分析的功能响应函数以多项式混沌展开表示,其中统一采用Hermite多项式。给出Hermite多项式的一种适合计算机程序生成的通项形式,实现多项式混沌展开的计算程序的通用化,以及多项式次数的自适应选择。其次,利用具有显式功能函数的结构可靠性分析算例,考察所构建的代理模型的正确性和适用性。结果表明,多项式混沌展开的次数越高,模型的精度就越高,具有良好的收敛性,同时表明仅就考察代理模型而言,利用显式功能函数是最简便的方式。 展开更多
关键词 优化设计 结构可靠性 多项式混沌展开 HERMITE多项式 功能函数
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基于多项式混沌拓展模型和bootstrap的结构可靠性分析方法 被引量:1
14
作者 王娟 马义中 《数理统计与管理》 CSSCI 北大核心 2020年第1期104-115,共12页
多项式混沌拓展(polynomial chaos expansion,PCE)模型现已发展为全局灵敏度分析的强大工具,却很少作为替代模型用于可靠性分析。针对该模型缺乏误差项从而很难构造主动学习函数来逐步更新的事实,在结构可靠性分析的框架下提出了基于PC... 多项式混沌拓展(polynomial chaos expansion,PCE)模型现已发展为全局灵敏度分析的强大工具,却很少作为替代模型用于可靠性分析。针对该模型缺乏误差项从而很难构造主动学习函数来逐步更新的事实,在结构可靠性分析的框架下提出了基于PCE模型和bootstrap重抽样的仿真方法来计算失效概率。首先,对试验设计(experimental design)使用bootstrap重抽样步骤以刻画PCE模型的预测误差;其次,基于这个局部误差构造主动学习函数,通过不断填充试验设计以自适应地更新模型,直到能够精确地逼近真实的功能函数;最后,当PCE模型具有足够精确的拟合、预测能力,再使用蒙特卡洛仿真方法来计算失效概率。提出的平行加点策略既能在模型更新过程中找到改进模型拟合能力的"最好"的点,又考虑了模型拟合的计算量;而且,当失效概率的数量级较低时,PCE-bootstrap步骤与子集仿真(subset simulation)的结合能进一步加速失效概率估计量的收敛。本文方法将PCE模型在概率可靠性领域的应用从灵敏度分析延伸到了可靠性分析,同时,算例分析结果显示了该方法的精确性和高效性。 展开更多
关键词 多项式混沌拓展 可靠性分析 失效概率 自助法 自适应的模型更新
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A comparison of sensitivity indices for tolerance design of a transmission mechanism
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作者 Zhen-yu LIU Han-chao XU +2 位作者 Guo-dong SA Yu-feng LYU Jian-rong TAN 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第7期527-542,共16页
Sensitivity analysis is used to quantify the contribution of the uncertainty of input variables to the uncertainty of systematic output responses.For tolerance design in manufacturing and assembly,sensitivity analysis... Sensitivity analysis is used to quantify the contribution of the uncertainty of input variables to the uncertainty of systematic output responses.For tolerance design in manufacturing and assembly,sensitivity analysis is applied to help designers allocate tolerances optimally.However,different sensitivity indices derived from different sensitivity analysis methods will always lead to conflicting results.It is necessary to find a sensitivity index suitable for tolerance allocation to transmission mechanisms so that the sensitivity results can truly reflect the effects of tolerances on kinematic and dynamic performances.In this paper,a variety of sensitivity indices are investigated and compared based on hybrid simulation.Firstly,the hybrid simulation model of the crank-slider mechanism is established.Secondly,samples of the kinematic and dynamic responses of the mechanism with joint clearances and link length errors are obtained,and the surrogate model established using polynomial chaos expansion(PCE).Then,different sensitivity indices are calculated based on the PCE model and are further used to evaluate the effect of joint clearances and link length errors on the output response.Combined with the tolerance-cost function,the corresponding tolerance allocation schemes are obtained based on different sensitivity analysis results.Finally,the kinematic and dynamic responses of the mechanism adopting different tolerance allocation schemes are simulated,and the sensitivity index corresponding to the optimal response is determined as the most appropriate index. 展开更多
关键词 Transmission mechanism Sensitivity analysis Tolerance allocation Hybrid simulation polynomial chaos expansion(pce)
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