[發(fā)明專利]一種飛行器結構非概率貝葉斯模型確認方法

有效

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• 申請日: 2016-01-22
• 公開（公告）號: CN105718667B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設計）人: 王曉軍;李云龍;邱志平;王磊;許孟輝;王沖;陳賢佳;鄭寧寧
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發(fā)明公開了一種飛行器結構非概率貝葉斯模型確認方法，該方法首先根據(jù)提出的區(qū)間包容度理論，推導了出了非概率貝葉斯理論，然后基于提出的非概率貝葉斯理論，結合確認試驗數(shù)據(jù)和不確定性區(qū)間傳播算法，對不確定性數(shù)值模擬模型進行更新和確認。本發(fā)明是在貝葉斯概率論框架下進行，可以充分利用先驗信息，并能給出數(shù)值仿真模型的可信度；可以針對貧信息、少數(shù)據(jù)的情況進行模型確認，避免了利用傳統(tǒng)模型確認方法時需要大量實驗數(shù)據(jù)的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及飛行器結構數(shù)值模擬的技術領域，具體涉及一種飛行器結構非概率貝葉斯模型確認方法。

背景技術

美國能源部所屬的洛斯阿拉莫斯、圣地亞、勞化斯利物莫爾三大實驗室(LANL、SNL和LLNL)在1998年前后將模型驗證與確認(Verification and Validation,簡稱V&V)引入了著名的加速戰(zhàn)略計算創(chuàng)新(Accelerated Strategic Computing Initiative，簡稱ASCI)計劃，即后來先進模擬與計算(Advanced Simulation and Computing，簡稱ASC)計劃。勞化斯利物莫爾實驗室于2006年發(fā)表了關于ASC計劃中模型驗證與確認的白皮書，在此白皮書中對數(shù)值模擬模型的驗證與確認、不確定的量化以及模型驗證與確認存在的關鍵問題及未來展望進行了詳細的說明。美國航空航天學會(AIAA)于1998年率先推出了計算流體動力學(CFD)模型V&V指南，闡述其基本概念和核心思想。圣地亞實驗室于1999年負責制定了ASCI-V&V指南。美國計算力學學會(USACM)于1999年夏季決定成立用于計算固體力學(CSM)的V&V專門委員會。美國機械工程師協(xié)會(ASME)于2006年推出了計算固體力學方面的V&V指南。2012年開始每年在Las Vegas舉辦V&V&UQ(Verification&Validation&UncertaintyQuantification)會議；美國SIAM從2012年每兩年舉辦UQ年會，前兩屆都有500余人參會。2013年SIAM和美國數(shù)理統(tǒng)計協(xié)會創(chuàng)立聯(lián)合期刊，專門發(fā)表UQ領域的前沿研究成果。美國科學院在《數(shù)學科學2025》將UQ列為重點方向。美國三大實驗室為了ASC計劃研發(fā)高可信度數(shù)值模擬軟件，近幾年，通過專款專項，開展了大量UQ方法的研究，研發(fā)UCODE(USGS)、PSUADE(LLNL)、DAKOTA(SNL)、GPMSA(LANL)等了眾多分析軟件，并應用于眾多領域，得到了很好效果。經過長時間的理論方法研究和應用研究，美國等發(fā)達國家已經對數(shù)值模擬模型的驗證與確認有了很成熟的方法，但由于保密的原因，很難見到對其詳細過程和具體方法的介紹。遺憾的是，在國內圍繞這一問題開展的有效性研究項目還十分少見。

飛行器結構系統(tǒng)的數(shù)值模擬模型確認工作非常復雜，牽涉的專業(yè)面廣、理論深、難度大，對于不同的工程領域采用的方法也不盡相同。對于飛行器等復雜的大型系統(tǒng)通常無法提供足夠的試驗數(shù)據(jù)，來完成全系統(tǒng)模型的確認工作。目前面向飛行器結構數(shù)值模擬模型確認領域的研究存在許多難點，例如，飛行器結構在其設計、制造和使用過程中，存在著諸如材料性質、幾何特性、加工工藝、載荷工況等相關的不確定因素，而這些不確定性難以量化。然而，不確定量和數(shù)值計算誤差的獲取是大型復雜結構數(shù)值模擬最薄弱的一個環(huán)節(jié)。利用試驗數(shù)據(jù)進行模型確認的研究時，經典概率論與統(tǒng)計是最常用的方法，但是該方法要求樣本規(guī)模較大。對于貧信息、少數(shù)據(jù)的情況，如飛行器結構、橋梁及大型建筑結構，統(tǒng)計方法則難以適用。因此，提出適用于飛行器結構數(shù)值模擬模型確認和可信度評估的非統(tǒng)計方法理論具有鮮明的創(chuàng)新性和緊迫的必要性。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有概率框架下模型確認的技術不足，提供一種非概率框架下的飛行器結構數(shù)值模擬模型確認方法。在貧信息、少數(shù)據(jù)的情況下，基于校核試驗數(shù)據(jù)，用非概率區(qū)間集合方法定量化模型中的各種不確定性，并給定其可信度。利用確認試驗數(shù)據(jù)對建立的不確定性區(qū)間模型進行模型更新與確認，最后利用通過鑒定試驗的數(shù)值模型進行目標結構的預測。

本發(fā)明采用的技術方案為：一種飛行器結構非概率貝葉斯模型確認方法，該方法步驟如下：