[發明專利]基于SL-ALK-Meta-IS技術的時變可靠性及靈敏度分析方法

在審

• 申請號: 202110516415.4
• 申請日: 2021-05-12
• 公開（公告）號: CN113486490A
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 郭慶;陳冰茜;劉永壽;田魏婧;崔皓;張振邦
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/08;G06F119/02
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明針對傳統時變可靠性分析方法和全局靈敏度分析計算成本高的問題，基于SL?ALK?Meta?IS技術的時變可靠性及靈敏度分析方法，僅用一組樣本計算得到靈敏度指標，根據各變量靈敏度指標計算結果得到的重要性排序可有效指導工程結構設計與優化中對設計參數的合力資源分配，指導設計實施與改進。后者通過引入重要樣本作為候選樣本，可降低候選樣本數量，進而提高時變可靠性分析計算效率，節約計算成本，提高時變可靠性分析與全局靈敏度分析在工程領域中的應用能力。

技術領域

本發明屬于可靠性及靈敏度分析技術領域，特別涉及基于SL-ALK-Meta-IS技術的時變可靠性及靈敏度分析方法。

背景技術

在航空、航天、航海、石油、土木等工程中，不確定性因素廣泛存在并嚴重影響 結構或設備的安全性與可靠性，機械結構可靠性分析理論得到了系統性研究并應用于 各個工程領域。傳統可靠性分析理論常常不考慮時變載荷等時變不確定性因素，而在 實際工程應用中，由于環境、載荷、材料性能常隨時間發生變化，進而導致工程機械 性能亦隨時間而變化。因此，考慮時變不確定性因素影響的時變可靠性分析理論更符 合實際應用情況，工程參考和指導價值更為顯著。傳統時變可靠性分析方法，如蒙特 卡洛法(Efficientnumerical algorithm of profust reliability analysis:an application to wingbox structure,Aerosp.Sci.Technol.,2018,80:203-211)、跨越率法(Time-dependentreliability analysis with joint upcrossing rates,Struct.Multidiscip.O.,2013,48(5): 893-907)、極值法(A Moment Approach to Positioning Accuracy ReliabilityAnalysis for Industrial Robots,IEEE T.Reliab.,2020,69(2):699-714)以及結合代理模型的仿真方法 (A single-loop Kriging surrogate model method by consideringthe first failure instant for time-dependent reliability analysis and safetylifetime analysis,Mech.Syst.Signal Pr.,2020, 145:106963)得到了較為充分的發展，但由于該問題的時變特性，進行可靠性分析時需 要消耗很高的計算成本，很大程度地限制了相關方法在工程領域的應用。因此，本發 明將一種基于元模型的重要抽樣方法——Meta-IS法與單層Kriging代理模型結合，提 出了一種新型SL-ALK-Meta-IS方法，在單層Kriging代理模型方法基礎之上，進一步 提高計算效率。

靈敏度分析可以有效識別輸入隨機變量不確定性對結構失效概率的影響程度，可有效指導結構設計與優化，常分為局部靈敏度分析和全局靈敏度分析。局部靈敏度分 析僅能評估輸入變量在分布參數處對失效概率的影響，無法考慮輸入變量的整個不確 定性空間對失效概率的影響。而針對于時變可靠性問題，全局靈敏度分析已有一定應 用，如方差全局靈敏度指標與矩獨立全局靈敏度指標均已被引入時變可靠性分析之中 (Time-variant global reliability sensitivity analysis of structures with both inputrandom variables and stochastic processes,Struct.Multidiscip.O.,2016,55(5):1883-1898)。但存在 的問題是，以上指標的評估仍存在計算量過大的問題。近年發展的廣義靈敏度分析思 想，根據預定功能是否實現將輸出響應分為兩類，通過比較實現與無法實現兩種條件 下輸入變量概率分布差異評估輸入變量對失效概率的影響。

發明內容