×

混合增强蒙特卡罗模拟与先进的机器学习方法相结合,用于准确高效的结构可靠性分析。 (英文) Zbl 1507.65013号

总结:以低计算负担准确估计失效概率在结构可靠性分析中起着至关重要的作用。由于蒙特卡罗模拟(MCS)计算成本高且耗时,本文重点研究了一种新的增强型MCS方法,该方法采用先进的机器学习方法,即混合增强型MCS(HEMCS),以实现高效计算的故障概率精确近似。失效概率由概率模型近似,使用小于1的标量因子乘以性能函数的容量项。在采用多层反向传播算法的人工神经网络(ANN)的训练过程中,利用活动区域失效概率的变异系数,提出了一种标量因子的自适应输入。为了精确逼近ANN模型,讨论了四种分析优化训练方法、活动区域和隐藏节点数。将HEMCS的结果与许多工程问题的几种分析可靠性方法进行了比较。选择复合材料层合板和涡轮叶盘来说明HEMCS近似失效概率的能力。与增强的MCS相比,所提出的方法为故障概率的预测提供了更高的灵活性,增强的MCS也为高度非线性问题提供了显著更准确和计算效率更高的结果。

MSC公司:

65二氧化碳 蒙特卡罗方法
68T05型 人工智能中的学习和自适应系统
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] Ghosh,S。;罗伊,A。;Chakraborty,S.,基于支持向量回归的结构抗震可靠性分析元建模,应用。数学。型号。,64, 584-602 (2018) ·Zbl 1480.86009号
[2] Hurtado,J.E.,《带支持向量裕度的过滤重要性抽样:结构可靠性分析的有力方法》,Struct。安全。,29, 2-15 (2007)
[3] Moarefzadeh,M.R。;Melchers,R.E.,不均匀空间的方向重要性抽样,结构。安全。,21, 1-22 (1999)
[4] Du,X.,一阶和二阶可靠性方法,Probab。工程设计。,1-33(2005),第Se章
[5] 朱S.P。;Keshtegar,B。;Chakraborty,S。;Trung,N.T.,用于搜索结构可靠性分析中最可能点的新概率模型,计算。应用方法。机械。工程,366,第113027条pp.(2020)·Zbl 1442.62223号
[6] 肖,M。;张杰。;Gao,L.,多响应模型下基于系统可靠性的设计优化的系统主动学习克里金方法,Reliab。工程系统。安全。,199,第106935条pp.(2020)
[7] 孟,Z。;Pang,Y。;Zhou,H.,高维可靠性分析的增广加权模拟方法,结构。安全。,93,第102117条,第(2021)页
[8] 孟,Z。;Wan,H.P。;盛,Z。;Li,G.,超参数凸模型结构可靠性分析和优化的新研究,国际。J.数字。方法工程,1214208-4229(2020)
[9] 费,C.W。;李,H。;Liu,H.T。;卢,C。;An,L.Q。;Han,L.等人。;Zhao,Y.J.,用于柔性机构运动可靠性评估的智能操作员增强网络学习模型,Aerosp。科学。技术。,107,第106342条pp.(2020)
[10] 费,C.W。;卢,C。;Liem,R.P.,涡轮-发动机可靠性评估中复合函数近似的分解协调代理建模策略,Aerosp。科学。技术。,第95条,第105466页(2019年)
[11] Song,L.K。;Bai,G.C。;Fei,C.W.,使用神经网络回归和分布式协作策略进行涡轮叶片盘的多故障概率设计,Aerosp。科学。技术。,92, 464-477 (2019)
[12] 孟,Z。;李·G。;Yang,D。;Zhan,L.,一种用于一阶可靠性分析的混沌控制方向稳定性转换新方法,Struct。多磁盘。最佳。,55, 601-612 (2017)
[13] Keshtegar,B.,稳健有效可靠性分析的混合共轭有限步长法,应用。数学。型号。,45, 226-237 (2017) ·Zbl 1446.90019号
[14] Keshtegar,B。;Chakraborty,S.,一种基于Armijo线搜索的自适应有限步长的高效鲁棒结构可靠性方法,Reliab。工程系统。安全。,172, 195-206 (2018)
[15] Keshtegar,B。;Miri,M.,使用基于平均剪切应力屈服准则的共轭HL-RF算法对腐蚀管道进行可靠性分析,工程失败。分析。,46, 104-117 (2014)
[16] 孟,Z。;Keshtegar,B.,《基于可靠性的高效设计和拓扑优化的自适应共轭单回路方法》,计算。应用方法。机械。工程,344,95-119(2019)·Zbl 1440.74305号
[17] Keshtegar,B。;Zhu,S.P.,结构可靠性分析的三项共轭法,应用。数学。型号。,76, 428-442 (2019) ·Zbl 1481.90139号
[18] 张,L。;周,W。;Li,D.,一些下降三项共轭梯度法及其全局收敛性,Optim。方法软件。,22, 697-711 (2007) ·Zbl 1220.90094号
[19] Keshtegar,B。;本·塞吉尔,M.E.A。;Zio,E。;科雷亚,J.A.F.O。;朱S.P。;Trung,N.T.,使用混合非线性共轭映射支持向量回归进行结构可靠性分析的新型高效方法,计算。应用方法。机械。工程,381,第113818条pp.(2021)·Zbl 1506.65013号
[20] Naveira,首席执行官。;拉奇,M。;科塔·R·M。;Padet,J.,《瞬态共轭传导-外部对流的混合公式和解》,《国际传热杂志》,52,112-123(2009)·Zbl 1156.80357号
[21] Liao,D。;朱S.P。;Keshtegar,B。;钱,G。;Wang,Q.,尺寸效应下缺口部件疲劳寿命评估的概率框架,国际力学杂志。科学。,181,第105685条pp.(2020)
[22] Pradlwarter,H.J。;舒勒,G.I。;Koutsourelakis,P.S。;Charmpis,D.C.,线抽样模拟方法在可靠性基准问题中的应用,结构。安全。,29, 208-221 (2007)
[23] Nguyen-Thoi,T。;Phung-Van,P。;Thai-Hoang,C。;Nguyen-Xuan,H.,使用三角形单元对壳体结构进行静态和自由振动分析的基于单元的平滑离散剪切间隙法(CS-DSG3),国际力学杂志。科学。,74, 32-45 (2013)
[24] Grooteman,F.,《结构可靠性的自适应方向重要性抽样方法》,Probab。工程机械。,26, 134-141 (2011)
[25] Zio,E。;Pedroni,N.,估算核被动系统失效概率的优化线抽样方法,Reliab。工程系统。安全。,95, 1300-1313 (2010)
[26] 张杰。;肖,M。;高,L。;Chu,S.,一种用于小失效概率混合可靠性分析的基于投影-外线的主动学习克里金和自适应重要性抽样组合方法,计算。应用方法。机械。工程,344,13-33(2019)·Zbl 1440.65009号
[27] Kim,S.H。;Na,S.W.,使用向量投影采样点的响应面法,结构。安全。,19, 3-19 (1997)
[28] 卡迪尼,F。;桑托斯,F。;Zio,E.,一种改进的基于自适应kriging的重要度技术,用于采样多个低概率失效区域,Reliab。工程系统。安全。,131, 109-117 (2014)
[29] Au,S.K。;Beck,J.L.,通过子集模拟估算高维小故障概率,Probab。工程机械。,16, 263-277 (2001)
[30] 陈,G。;Yang,D.,静态和动态结构系统随机响应分析的直接概率积分法,计算。应用方法。机械。工程,357,第112612条pp.(2019)·Zbl 1442.65004号
[31] 李,X。;陈,G。;崔,H。;Yang,D.,具有复杂性能函数的结构静态和动态可靠性分析的直接概率积分法,计算。应用方法。机械。工程师,374,第113583条,第(2021)页·Zbl 1506.74485号
[32] Keshtegar,B.,结构可靠性分析的混沌共轭稳定性变换方法,计算。应用方法。机械。工程师,310866-885(2016)·Zbl 1439.74320号
[33] 张金浩;小米;高、梁;Chu,Sheng,基于支持向量机投影轮廓自适应局部逼近的概率和区间混合可靠性分析,计算机辅助土木工程。基础设施。工程师,34,11,991-1009(2019)
[34] 张,X。;Wang,L。;Sörensen,J.D.,REIF:结构可靠性分析自适应克里金替代模型的新型主动学习功能,Reliab。工程系统。安全。,185, 440-454 (2019)
[35] 北卡罗来纳州肖。;袁,K。;周,C.,基于自适应克里金的多失效模式和混合变量结构系统有效可靠性方法,计算。应用方法。机械。工程,359,第112649条pp.(2020)·Zbl 1441.74151号
[36] 洪,L。;李,H。;高,N。;Fu,J。;Peng,K.,基于新型主动学习克里金模型的随机和多超椭球体变量混合可靠性分析,计算。应用方法。机械。工程,373,第113555条pp.(2021)·Zbl 1506.62388号
[37] Zhang,Y。;Xu,J.,基于CDA的降维模型和多项式混沌展开的有效可靠性分析,计算。应用方法。机械。工程,373,第113467条pp.(2021)·兹比尔1506.65018
[38] 周,Y。;卢,Z。;Yun,W.,系统可靠性分析的主动稀疏多项式混沌展开,Reliab。工程系统。安全。,202,第107025条pp.(2020)
[39] 陈,N。;胡,Y。;Yu,D。;刘杰。;Beer,M.,具有多尺度混合随机和认知不确定性的周期性复合结构声学问题响应分析的多项式展开方法,计算。应用方法。机械。工程,342,509-531(2018)·Zbl 1440.74020号
[40] Wang,L。;刘,Y。;顾克。;Wu,T.,一种基于径向基函数人工神经网络(RBF ANN)的方法,用于考虑信号噪声和材料分散的不确定分布力重建,计算。应用方法。机械。工程,364,第112954条pp.(2020)·Zbl 1442.74254号
[41] 斯托菲尔,M。;Gulakala,R。;Bamer,F。;Markert,B.,《结构动力学中的人工神经网络:一种新的模块化径向基函数方法与卷积和前馈拓扑》,计算。应用方法。机械。工程师,364,第112989条,第(2020)页·Zbl 1442.74002号
[42] Cheng,J。;李庆生。;cheng Xiao,R.,一种新的基于人工神经网络的结构可靠性分析响应面方法,Probab。工程机械。,23, 51-63 (2008)
[43] Cheng,J。;Li,Q.S.,基于遗传算法的人工神经网络结构可靠性分析,计算。应用方法。机械。工程,197,3742-3750(2008)·兹比尔1194.74515
[44] Bao,Y。;Xiang,Z。;Li,H.,结构可靠性分析的基于自适应子集搜索的深度神经网络方法,Reliab。工程系统。安全。,213,第107778条pp.(2021)
[45] 张杰。;肖,M。;李,P。;Gao,L.,基于采样的系统可靠性设计优化,使用复合主动学习克里格法,计算。结构。,239,第106321条pp.(2020)
[46] 肖,M。;张杰。;高,L。;Lee,S。;Eshghi,A.T.,在小失效概率随机变量和区间变量下混合可靠性分析的一种有效的基于Kriging的子集模拟方法,Struct。多磁盘。最佳。,59, 2077-2092 (2019)
[47] 高,H。;费,C。;Bai,G。;Ding,L.,具有热-结构相互作用的涡轮叶片基于可靠性的低周疲劳损伤分析,Aerosp。科学。技术。,49, 289-300 (2016)
[48] 张杰。;肖,M。;高,L。;Fu,J.,一种新的基于投影轮廓的主动学习方法及其与克里格元模型的结合,用于随机变量和区间变量的混合可靠性分析,计算。应用方法。机械。工程,341,32-52(2018)·Zbl 1441.65009号
[49] Harbitz,A.,失效概率计算的有效抽样方法,结构。安全。,3, 109-115 (1986)
[50] Naess,A。;盖代,O。;Batsevych,O.,《窄带随机振动极端响应统计预测》,J.Eng.Mech。,136, 290-298 (2010)
[51] Keshtegar,B.,结构可靠性分析的有限共轭梯度法,工程计算。,33, 621-629 (2017)
[52] 龚,J.X。;Yi,P.,结构可靠性分析的稳健迭代算法,Struct。多磁盘。最佳。,43, 519-527 (2011) ·Zbl 1274.74469号
[53] Keshtegar,B.,《稳健高效结构可靠性分析的强化FR共轭搜索方向》,工程计算。,34, 117-128 (2018)
[54] Naess,A。;Gaidai,O.,从采样时间序列中估计极值,结构。安全。,31, 325-334 (2009)
[55] Naess,A。;Gaidai,O.,估算动力系统极端响应的蒙特卡罗方法,J.Eng.Mech。,134, 628-636 (2008)
[56] Naess,A。;Leira,B.J。;Batsevych,O.,《通过增强蒙特卡罗模拟进行系统可靠性分析》,结构。安全。,31, 349-355 (2009)
[57] Abramowitz,S.I.M.,《数学函数手册》(1965),美国政府印刷局
[58] Naess,A。;Gaidai,O.,从采样时间序列中估计极值,结构。安全。,31, 325-334 (2009)
[59] Leira,B.J。;Nss,A。;Brandrud Nss,O.E.,《通过增强蒙特卡罗模拟对腐蚀管道进行可靠性分析》,国际期刊出版社。船舶管道。,144, 11-17 (2016)
[60] M.I.Jordan,T.M.Mitchell,《机器学习:趋势、观点和前景》,349(2015)·Zbl 1355.68227号
[61] Rumelhart,D.E。;Hintont,G.E.,通过反向传播错误学习表征,认知。型号。,3-6 (2019)
[62] Rumelhart,D.E。;辛顿,G.E。;Williams,R.J.,《通过错误传播学习内部表征》(Readings Cogn.Sci.A Perspect.from Psychol.Artif.Intell.(2013)),第399-421页
[63] Keshtegar,B.,使用混沌共轭映射进行结构可靠性分析的稳定性迭代方法,非线性动力学。,84, 2161-2174 (2016)
[64] 梅尔切斯,R.E。;Ahammed,M.,蒙特卡罗结构可靠性参数灵敏度估计的快速近似方法,计算。结构。,82, 55-61 (2004)
[65] 赵伟。;Liu,J.K。;Ye,J.J.,结构可靠性分析中参数敏感性估计的新方法,应用。数学。计算。,217, 5298-5306 (2011) ·兹比尔1209.62243
[66] Keshtegar,B。;Nguyen-Thoi,T。;Truong,T.T。;Zhu,S.P.,使用自适应克里金改进粒子群算法优化复合材料层合板的屈曲载荷:一种新的混合智能方法,Def.Technol。,17, 85-99 (2021)
[67] Bletzinger,K.U。;比肖夫,M。;Ramm,E.,无剪切锁定三角形和矩形壳体有限元的统一方法,计算。结构。,75, 321-334 (2000)
[68] 朱S.P。;刘,Q。;彭,W。;Zhang,X.C.,涡轮叶盘疲劳可靠性评估的计算实验方法,国际机械杂志。科学。,142-143, 502-517 (2018)
[69] 牛晓平。;Wang,R.Z。;Liao,D。;朱S.P。;张,X.C。;Keshtegar,B.,涡轮叶片盘疲劳可靠性分析中不确定性的概率建模,国际疲劳杂志,142,第105912页,(2021)
[70] Fatemi,A。;Socie,D.F.,多轴疲劳损伤的临界平面方法,包括异相载荷,疲劳断裂。工程硕士。结构。,11, 149-165 (1988)
[71] 朱S.P。;Foletti,S。;Beretta,S.,材料可变性下多轴LCF评估的概率框架,国际疲劳杂志,103,371-385(2017)
[72] 朱S.P。;于振英。;刘,Q。;Ince,A.,正应力/剪应力相互作用下基于应变能的多轴疲劳寿命预测,国际损伤力学杂志。,28, 708-739 (2019)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。