[发明专利]一种飞行器结构非概率贝叶斯模型确认方法

说明书

本发明公开了一种飞行器结构非概率贝叶斯模型确认方法，该方法首先根据提出的区间包容度理论，推导了出了非概率贝叶斯理论，然后基于提出的非概率贝叶斯理论，结合确认试验数据和不确定性区间传播算法，对不确定性数值模拟模型进行更新和确认。本发明是在贝叶斯概率论框架下进行，可以充分利用先验信息，并能给出数值仿真模型的可信度；可以针对贫信息、少数据的情况进行模型确认，避免了利用传统模型确认方法时需要大量实验数据的问题。

技术领域

本发明涉及飞行器结构数值模拟的技术领域，具体涉及一种飞行器结构非概率贝叶斯模型确认方法。

背景技术

美国能源部所属的洛斯阿拉莫斯、圣地亚、劳化斯利物莫尔三大实验室(LANL、SNL和LLNL)在1998年前后将模型验证与确认(Verification and Validation,简称V&V)引入了著名的加速战略计算创新(Accelerated Strategic Computing Initiative，简称ASCI)计划，即后来先进模拟与计算(Advanced Simulation and Computing，简称ASC)计划。劳化斯利物莫尔实验室于2006年发表了关于ASC计划中模型验证与确认的白皮书，在此白皮书中对数值模拟模型的验证与确认、不确定的量化以及模型验证与确认存在的关键问题及未来展望进行了详细的说明。美国航空航天学会(AIAA)于1998年率先推出了计算流体动力学(CFD)模型V&V指南，阐述其基本概念和核心思想。圣地亚实验室于1999年负责制定了ASCI-V&V指南。美国计算力学学会(USACM)于1999年夏季决定成立用于计算固体力学(CSM)的V&V专门委员会。美国机械工程师协会(ASME)于2006年推出了计算固体力学方面的V&V指南。2012年开始每年在Las Vegas举办V&V&UQ(Verification&Validation&UncertaintyQuantification)会议；美国SIAM从2012年每两年举办UQ年会，前两届都有500余人参会。2013年SIAM和美国数理统计协会创立联合期刊，专门发表UQ领域的前沿研究成果。美国科学院在《数学科学2025》将UQ列为重点方向。美国三大实验室为了ASC计划研发高可信度数值模拟软件，近几年，通过专款专项，开展了大量UQ方法的研究，研发UCODE(USGS)、PSUADE(LLNL)、DAKOTA(SNL)、GPMSA(LANL)等了众多分析软件，并应用于众多领域，得到了很好效果。经过长时间的理论方法研究和应用研究，美国等发达国家已经对数值模拟模型的验证与确认有了很成熟的方法，但由于保密的原因，很难见到对其详细过程和具体方法的介绍。遗憾的是，在国内围绕这一问题开展的有效性研究项目还十分少见。

飞行器结构系统的数值模拟模型确认工作非常复杂，牵涉的专业面广、理论深、难度大，对于不同的工程领域采用的方法也不尽相同。对于飞行器等复杂的大型系统通常无法提供足够的试验数据，来完成全系统模型的确认工作。目前面向飞行器结构数值模拟模型确认领域的研究存在许多难点，例如，飞行器结构在其设计、制造和使用过程中，存在着诸如材料性质、几何特性、加工工艺、载荷工况等相关的不确定因素，而这些不确定性难以量化。然而，不确定量和数值计算误差的获取是大型复杂结构数值模拟最薄弱的一个环节。利用试验数据进行模型确认的研究时，经典概率论与统计是最常用的方法，但是该方法要求样本规模较大。对于贫信息、少数据的情况，如飞行器结构、桥梁及大型建筑结构，统计方法则难以适用。因此，提出适用于飞行器结构数值模拟模型确认和可信度评估的非统计方法理论具有鲜明的创新性和紧迫的必要性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有概率框架下模型确认的技术不足，提供一种非概率框架下的飞行器结构数值模拟模型确认方法。在贫信息、少数据的情况下，基于校核试验数据，用非概率区间集合方法定量化模型中的各种不确定性，并给定其可信度。利用确认试验数据对建立的不确定性区间模型进行模型更新与确认，最后利用通过鉴定试验的数值模型进行目标结构的预测。

本发明采用的技术方案为：一种飞行器结构非概率贝叶斯模型确认方法，该方法步骤如下：