随机不确定性下基于时频域特征和能量统计的结构多输出性能全局灵敏度分析

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51775439
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0504.机械结构强度学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

In the environment with random uncertainty, there are redundancy, correlation, diversity, etc. for the multivariate output performance. It is difficult to quantitatively describe, extract and separate these complicated statistical information in multivariate output global sensitivity analysis of structures. This proposal will construct the multivariate output global sensitivity indices from extracting information of output in time and frequency domain and by use of the energy statistics theory. According to the Fourier transformation and wavelet analysis used for extracting information of output from time and frequency domain and the energy distance variance, energy distance correlation coefficient and energy distance component in energy statistics, we will show the comprehensive influence of inputs on the multivariate output performance consistently. Based on the extension of variance analysis for single output to the energy distance component analysis for multivariate output, we will connect the multivariate output global sensitivity analysis with the inherent structure of input-multivariate output to achieve the coincidence for the design of prediction of multivariate output performance. The principal component analysis and kernel principal component analysis are used to solve the problem of dimension disaster for output. The simulation method with only one set of input-output samples and the surrogate model method are utilized to solve the problem of dimension disaster for input. We will obtain the strategy to solve the problem of dimension disaster for both input and output in calculating multivariate output global sensitivity indices. In addition, we will also extend the proposed theory to the problems with time- and space-dependent output and perform the engineering verification. This proposal is valuable for completing the sensitivity analysis theory, identifying the critical inputs affecting the multivariate output correctly, designing and predicting the required multivariate structural performance efficiently.
随机不确定性下,多输出性能存在着信息冗余、相关、多样等特征,对此复杂缠绕的统计信息进行准确定量的刻画、提取和分离是结构多输出性能全局灵敏度分析面临的难题,本项目将从时频域特征提取和能量统计的角度来建立多输出全局灵敏度指标。基于时频域特征提取的傅里叶变换和小波分析,以及能量统计中的能量距离方差、能量距离相关系数和能量距离分量,来协调一致地反映输入对多输出性能的综合影响。推广单输出的方差分析到多输出的能量距离分量分析,将多输出的全局灵敏度与输入-多输出的本质结构关系联系起来,实现多输出性能设计与预测的统一。采用主成分和核主成分分析解决输出维度灾难,采用共用样本的模拟法和代理模型法解决输入维度灾难,研究得到多输出灵敏度计算中两类维度灾难的解决策略。将所建理论推广至时、空输出问题并进行工程验证。本项目对于完善灵敏度理论、正确识别影响多性能的关键输入因素及高效设计并预测结构的多目标性能具有重要意义。

结项摘要

在航空航天等工程领域内,往往存在着许多不确定性因素,这些不确定性因素会对结构输出性能产生显著的影响。为度量随机输入变量对多输出结构性能的影响,并为结构的性能评估及风险控制提供重要依据,本项目研究了随机不确定性下基于时频域特征和能量统计的结构多输出全局灵敏度分析指标及其高效求解算法。在已有单输出全局灵敏度分析方法的基础上,分别从傅里叶变换、协方差分解、主成分分析和能量距离等多个角度建立了多输出情况下的全局灵敏度分析体系,来协调一致地反映输入对多个输出性能的综合影响。为高效求解所建立的多输出全局灵敏度指标,研究了求解全局灵敏度指标的共用样本方法,消除了计算量与输入变量维数之间的相关性。为进一步降低样本法求解全局灵敏度指标的计算量,研究了自适应代理模型结合抽样的求解方法,并通过本项目建立的备选样本池缩减策略和切片逆回归降维策略,极大地提高了多输出全局灵敏度指标的求解效率。最终,将所研究的理论方法应用于飞机机翼结构和发动机涡轮部件的全局灵敏度分析中,检验理论方法的工程适用性,并编制了通用的软件平台。

项目成果

期刊论文数量(41)
专著数量(1)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(12)
An elaborate algorithm for analyzing the Borgonovo moment-independent sensitivity by replacing the probability density function estimation with the probability estimation
用概率估计代替概率密度函数估计来分析 Borgonovo 矩无关灵敏度的精细算法
  • DOI:
    10.1016/j.ress.2019.04.015
  • 发表时间:
    2019-09
  • 期刊:
    Reliability Engineering and System Safety
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Wanying Yun;Zhenzhou Lu;Kaixuan Feng;Luyi Li
  • 通讯作者:
    Luyi Li
Structural reliability analysis based on ensemble learning of surrogate models
基于代理模型集成学习的结构可靠性分析
  • DOI:
    10.1016/j.strusafe.2019.101905
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Structural Safety
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Kai Cheng;Zhenzhou Lu
  • 通讯作者:
    Zhenzhou Lu
An expanded sparse Bayesian learning method for polynomial chaos expansion
多项式混沌展开的扩展稀疏贝叶斯学习方法
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2019.03.032
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    Mechanical Systems and Signal Processing
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Yicheng Zhou;Zhenzhou Lu;Kai Cheng;Yan Shi
  • 通讯作者:
    Yan Shi
Time-dependent performance measure approach for time-dependent failure possibility-based design optimization
基于时间相关故障可能性的设计优化的时间相关性能测量方法
  • DOI:
    10.1007/s00158-020-02795-x
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Structural and Multidisciplinary Optimization
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xia Jiang;Zhenzhou Lu;Yinshi Hu;Jingyu Lei
  • 通讯作者:
    Jingyu Lei
Active learning Bayesian support vector regression model for global approximation
用于全局逼近的主动学习贝叶斯支持向量回归模型
  • DOI:
    10.1016/j.ins.2020.08.090
  • 发表时间:
    2021-01-12
  • 期刊:
    INFORMATION SCIENCES
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Cheng, Kai;Lu, Zhenzhou
  • 通讯作者:
    Lu, Zhenzhou

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其他文献

结构体系的非概率可靠性分析方法
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  • 通讯作者:
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    --
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吕震宙;宋述芳
  • 通讯作者:
    宋述芳

其他文献

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吕震宙的其他基金

不确定性下结构条件可靠性分析高效方法及其应用研究
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相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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