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基于概率配点法的岩土材料参数随机场及其响应分析

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计算力学学报 2015年第1期32卷 64-69页

作者：申林方王志良常海滨李邵军昆明理工大学建筑工程学院昆明650500 北京大学工学院北京100871 中国科学院武汉岩土力学研究所武汉430071

概率配点法是进行不确定性问题分析的一种有效方法。通过对输入参数场进行Karhunen-Loeve展开,将其表示为一系列独立随机变量在不同权重下的线性组合,再以与之相同的随机变量组合形成混沌多项式展开对输出随机场进行分解,通过某种算法... 详细信息

概率配点法是进行不确定性问题分析的一种有效方法。通过对输入参数场进行Karhunen-Loeve展开,将其表示为一系列独立随机变量在不同权重下的线性组合,再以与之相同的随机变量组合形成混沌多项式展开对输出随机场进行分解,通过某种算法选取随机变量的值,将其作为插值点的组合(配点),在这些配点上,概率方程演化为一个确定性问题方程。由此,可以直接利用现有软件或者确定性问题计算程序进行求解,生成混沌多项式的系数矩阵后,即可得到该随机问题的各阶统计矩,从而实现参数随机场的不确定性分析。本文将该方法引进岩土工程材料参数随机场,将体积模量视为输入随机场,位移视为输出场,分别进行了弹性及塑性变形计算。结果表明该方法极大地降低了随机问题的求解难度,与MC法(Mento Carlo)相比,减少了运算消耗,提高了计算效率,具有明显的优越性。

关键词：概率配点法蒙特卡洛岩土工程参数随机场

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基于概率配点法的岩石破坏行为不确定性分析

基于概率配点法的岩石破坏行为不确定性分析

作者：陈海军武汉理工大学

学位级别：硕士

本文是在国家自然科学基金项目“裂隙花岗岩蠕变过程及其渗透性演化的温度效应研究（项目编号：10972231）”的资助下进行的研究。随着矿产资源勘探开发、能源开发、交通运输工程、核废物深地质处置工程以及城市建设和地下空间发展... 详细信息

本文是在国家自然科学基金项目“裂隙花岗岩蠕变过程及其渗透性演化的温度效应研究（项目编号：10972231）”的资助下进行的研究。随着矿产资源勘探开发、能源开发、交通运输工程、核废物深地质处置工程以及城市建设和地下空间发展的需要,岩石工程的规模越来越大,所涉及的岩石力学问题也越来越复杂,并对岩石力学提出了更高的要求,使岩石力学面临许多前所未有的问题和挑战,急需发展和提高岩石力学理论和方法的研究水平,以适应工程实践的需要。岩石材料的非均质性是导致岩石力学问题复杂性的重要原因之一,岩体力学参数在空间域上呈现出高度的非均质性和各向异性,直接影响岩石材料的力学性能,导致材料的力学性能存在不确定性。而采用传统的确定性力学模型,明显与实际状况不符合。因此,研究分析系统中的不确定性问题有着重要的实际意义和理论价值,需要引入随机场的理论和方法来表征岩石材料复杂的力学行为。因而,将随机系统分析方法和岩土工程数值模拟相结合,充分考虑岩土力学参数在空间域上的变异性,并建立一种适应于岩土工程的随机分析理论及相应的计算方法,已成为客观需要和发展趋势。本文引入了基于Karhunen-Loeve展开的概率配点法（Probability Collocation Method,简称PCM）,并与岩石破裂过程分析的弹塑性细胞自动机（EPCA）数值模拟系统进行解耦,来对岩石的破坏行为进行随机分析。该方法采用Karhunen-Loeve展开来分解随机输入场,用混沌多项式来表示随机输出场,采用概率配点法生成配点,从而使问题变成在各个配点处的确定性问题,再求解确定性方程组,最终得到输出域的统计。通过一系列岩石在加载条件下的弹性、弹塑性和弹脆塑性计算,获得均值和标准差的空间分布,并与蒙特卡罗方法进行对比,结果表明,概率配点法具有只需要较少的配点就可以获得很高的计算精度,计算量大大减少,极大地提高了计算效率等优点。

关键词：非均质随机分析概率配点法随机场 Karhunen-Loeve展开弹塑性细胞自动机

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概率配点法在弹箭气动不确定性分析中的应用

科学技术创新 2020年第13期 7-8页

作者：郭永翔中国兵器工业第203研究所陕西西安710065

针对确定性模拟方法存在的问题,不确定性CFD模拟被用于考察边界条件不确定性对弹箭气动性能的影响。不确定性分析方法为概率配点法。结果表明,马赫数不确定性引起的法向力系数变化量随攻角增大而增大。流场内气流参数梯度较大的地方,马... 详细信息

针对确定性模拟方法存在的问题,不确定性CFD模拟被用于考察边界条件不确定性对弹箭气动性能的影响。不确定性分析方法为概率配点法。结果表明,马赫数不确定性引起的法向力系数变化量随攻角增大而增大。流场内气流参数梯度较大的地方,马赫数和攻角两者不确定性下的压力系数变化,通常较其它区域大。

关键词：概率配点法弹箭气动特性不确定性分析

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节理岩体力学性能不确定性分析方法研究

岩土力学 2016年第9期37卷 2721-2727页

作者：张翠莲内蒙古阿拉善左旗水利工作队内蒙古阿拉善盟750300

基于连续介质损伤力学框架,通过损伤张量和有效应力来描述节理岩体的力学性能,自主研发了基于损伤力学模型的有限元程序(CD-FEM),用于节理岩体等效力学性能研究。同时,采用Karhunen-Loeve(K-L)展开来分解随机输入场,用混沌多项式来表示... 详细信息

基于连续介质损伤力学框架,通过损伤张量和有效应力来描述节理岩体的力学性能,自主研发了基于损伤力学模型的有限元程序(CD-FEM),用于节理岩体等效力学性能研究。同时,采用Karhunen-Loeve(K-L)展开来分解随机输入场,用混沌多项式来表示随机输出场,采用概率配点法生成配点,再由连续损伤有限元分析系统CD-FEM求解确定性方程组,最终得到输出域的统计数据,从而提出了一种将随机分析与基于连续损伤力学模型的数值分析方法解耦进行节理岩体不确定性力学行为分析的方法。利用该方法,对一典型节理岩体在加载条件下的力学行为进行不确定性分析,并与蒙特卡罗方法进行对比,结果表明,所提方法的计算量大大减少,极大地提高了节理岩体力学性能不确定性分析的效率,可应用于对节理岩体在不同载荷条件下的不确定性进行分析。

关键词：连续损伤模型随机分析概率配点法随机场 Karhunen-Loeve展开

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表面粗糙度对翼型气动特性影响的数值模拟

工程热物理学报 2015年第6期36卷 1238-1241页

作者：董世充王晓东康顺华北电力大学能源动力与机械工程学院北京102206 西安现代控制技术研究所西安710065

本文采用CFD数值模拟方法结合概率配点法研究了当翼型表面粗糙度存在不确定性变化时,NREL_S825风力机翼型的气动特性与绕流场参数分布。获得了两种特征攻角下翼型气动特性的变化,以及不确定性在绕流场中的传播。研究结果表明,升力系数... 详细信息

本文采用CFD数值模拟方法结合概率配点法研究了当翼型表面粗糙度存在不确定性变化时,NREL_S825风力机翼型的气动特性与绕流场参数分布。获得了两种特征攻角下翼型气动特性的变化,以及不确定性在绕流场中的传播。研究结果表明,升力系数对粗糙度的不确定性较为敏感。粗糙度不确定性对翼型绕流场的影响主要出现在翼型前缘、尾缘和分离区等速度梯度较大区域,并且吸力面压力系数分布对粗糙度的敏感性明显高于压力面。

关键词：数值模拟概率配点法翼型粗糙度

混沌多项式新求解及其在板料成形性容差预测中的应用

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机械工程学报 2009年第8期45卷 261-265页

作者：韦东来崔振山陈军上海交通大学国家模具CAD工程研究中心上海200030

利用单项式容积法的积分点,通过回归求解混沌多项式(Polynomial chaos expansion,PCE)系数,提出一种构造PCE的高效方法。该方法解决了概率配点法和随机响应面法的两大问题:①当采用加权余量法构造PCE时,须要用高斯积分法求数值解,但是... 详细信息

利用单项式容积法的积分点,通过回归求解混沌多项式(Polynomial chaos expansion,PCE)系数,提出一种构造PCE的高效方法。该方法解决了概率配点法和随机响应面法的两大问题:①当采用加权余量法构造PCE时,须要用高斯积分法求数值解,但是高斯积分点个数随变量维数增加而呈幂次递增,而单项式容积法积分点的数量比较接近PCE系数的个数,所以能够有效降低原始模型的计算或模拟次数;②因为概率配点法和随机响应面法只抽取了部分高斯点,不同的取法可能会产生不同的结果。由于单项式容积法只需要少量积分点,故可以全部抽取,不存在取样差异的问题。通过具有精确解的数学算例的计算对比,结果表明该方法不但显著减少模拟次数而且精度与MonteCarlo方法相当。将该方法应用于行李箱后盖外板成形质量的容差预测,验证了该法在工程应用中的可行性。

关键词：混沌多项式单项式容积法概率配点法随机响应面法板料成形数值模拟容差预测

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风力机翼型的不确定性CFD模拟

工程热物理学报 2012年第7期33卷 1143-1146页

作者：刘智益王晓东康顺华北电力大学电站设备状态检测与控制教育部重点实验室北京102206

本文采用非嵌入式概率配点法对风力机NREL_S809翼型进行了不确定性CFD模拟。在两种特征攻角下,量化了当来流攻角存在不确定性变化时,翼型气动特性的变化,以及不确定性扰动在流场中的传播。研究结果表明,攻角的不确定性对于大攻角工况下... 详细信息

本文采用非嵌入式概率配点法对风力机NREL_S809翼型进行了不确定性CFD模拟。在两种特征攻角下,量化了当来流攻角存在不确定性变化时,翼型气动特性的变化,以及不确定性扰动在流场中的传播。研究结果表明,攻角的不确定性对于大攻角工况下流动的影响更大。对小攻角条件下的影响主要体现在翼型前缘处,而大攻角条件下的影响还扩展到了翼型中部和尾缘部分。

关键词：翼型风力机概率配点法不确定性数值模拟

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风轮失谐的气动力不确定性研究

工程热物理学报 2015年第3期36卷 517-521页

作者：刘智益王晓东康顺华北电力大学电站设备状态检测与控制教育部重点实验室北京102206 西安现代控制技术研究所西安710065

本文研究了由于风力机叶片安装角的随机误差而导致的失谐问题。将某兆瓦级三叶片风力机的某一叶片安装角作为随机变量,采用一种不确定性量化方法——非嵌入式概率配置点法(NIPRCM)对CFD计算结果进行统计特性分析,讨论此失谐叶片对流场... 详细信息

本文研究了由于风力机叶片安装角的随机误差而导致的失谐问题。将某兆瓦级三叶片风力机的某一叶片安装角作为随机变量,采用一种不确定性量化方法——非嵌入式概率配置点法(NIPRCM)对CFD计算结果进行统计特性分析,讨论此失谐叶片对流场及风力机气动特性产生的影响。结果表明,由于安装角误差导致的失谐叶片会影响其上下游叶片绕流场,且对下游叶片绕流场的影响更明显。安装角的正负偏差引起的叶片载荷变化幅度具有不对称性,且失谐叶片的自身载荷变化方向与其上下游叶片载荷变化方向相反。

关键词：风力机安装角概率配点法不确定性失谐

叶顶间隙尺度的不确定性对压气机性能影响的CFD模拟

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工程热物理学报 2013年第4期34卷 628-631页

作者：刘智益王晓东康顺华北电力大学电站设备状态检测与控制教育部重点实验室北京102206 西安现代控制技术研究所陕西西安710065

本文研究了转子叶顶间隙尺度的不确定性对某轴流压气机的气动性能的影响。采用非嵌入式概率配置点法模拟间隙尺度不确定性在流场中的传播。先以二维随机方腔流动为模型,通过与蒙特卡洛模拟进行对比对非嵌入式概率配置点法进行验证。验... 详细信息

本文研究了转子叶顶间隙尺度的不确定性对某轴流压气机的气动性能的影响。采用非嵌入式概率配置点法模拟间隙尺度不确定性在流场中的传播。先以二维随机方腔流动为模型,通过与蒙特卡洛模拟进行对比对非嵌入式概率配置点法进行验证。验证后采用该不确定性方法模拟了当叶顶间隙大小服从Beta分布时气动性能及流场参数的变化。

关键词：数值模拟 Beta分布概率配点法叶顶间隙