考虑不确定性的结构动力学响应模型可信度确认方法研究

The computation and simulation has become the third pillar along with theory and experiment in scientific research. The true accuracy and credibility of simulation model has become an important topic with the high simulation requirements and a large variety of uncertainties considering in engineering design. Model validation is the process of assessing the credibility of a simulation model from the perspective of the intended uses of the model. The methods of model-form uncertainty quantification, validation metric and validation problem with small samples are further development with the research of ‘2014 V&V Challenge Problem’. Therefore, the concept of validation hierarchy tiers including calibration, validation, accreditation and prediction is used to dynamical simulation model credibility assessment of aircraft stiffened panel structure under random excitation. The credibility of dynamical stress response extrapolative prediction is performed taking into parameter and model-form uncertainties account for the stiffened panel structure under wide band random excitation environment. The project will provide an accurate and credibility model for extrapolative prediction of aircraft structure dynamic stress response under complex vibration environment, also will provide a new idea for simulation-based design of complex mechanical structures.

在科学研究中，计算仿真已经成为继理论分析和实验技术之后的第三支柱。随着复杂工程结构设计对仿真模型精度的要求不断提高，就必须考虑实际存在的各种不确定性，这时仿真模型的可信度确认就成为一项重要的研究课题。模型确认就是从模型用途角度评定仿真模型可信度的过程。本申请项目基于“2014年模型确认挑战问题”，深入发展和改进模型形式不确定性量化、确认度量方法以及基于小样本数据的模型确认问题；将校准、确认、认证和目标预测的分层思想用于飞行器加筋壁板结构随机振动模型可信度评估中，考虑参数和模型形式不确定性对宽带随机振动环境下加筋壁板结构的动应力响应进行外推预测，并给出预测的可信度。本申请项目将为飞行器结构复杂环境动应力响应的外推预测提供更加可信的模型，同时为基于仿真模型的复杂结构设计提供一种新思路。

在科学研究中，计算仿真已经成为继理论分析和实验技术之后的第三支柱。在振动工程应用领域，新的设计理念、新材料应用等使得结构设计越来越复杂，确定性的仿真计算已经远远不能满足工程需要，随着复杂工程结构设计对仿真模型精度的要求不断提高，就必须考虑实际存在的各种不确定性，这时仿真模型的可信度确认就成为一项重要的研究课题。该项目基于“2014年模型确认挑战问题”，深入发展和改进模型形式不确定性量化、确认度量方法以及基于小样本数据的模型确认问题；将校准、确认、认证和目标预测的分层思想用于飞行器加筋壁板结构随机振动模型可信度评估中，考虑参数和模型形式不确定性对宽带随机振动环境下加筋壁板结构的动应力响应进行外推预测，并给出预测的可信度。具体研究了基于Bootstrap方法的参数估计；提出了一种基于内嵌式混沌多项式展开与蒙特卡洛抽样结合求解概率边界的新方法，并应用于飞行器颤振分析中；在随机和认知混合不确定性表征的概率盒框架下，提出一种多响应模型确认度量方法；针对模型形式不确定性，使用区域确认度量指标(MAVM)来估计模型形式不确定性；将两类分数阶引入到多自由度系统振动方程中，用以表征跟阻尼相关的模型形式不确定性，将系统参数和模型形式分离，提出了一种同时减小系统参数和模型形式不确定性的一种新方法；采用贝叶斯模型合并方法，对多模型形式不确定性进行了研究；研究了基于QMU的飞行器颤振裕度设计中的安全性评估及参数设计方法；使用模态参数，研究了基于摄动法的随机和区间不确定性模型修正方法，以及贝叶斯框架下的不确定性模型修正方法；最后基于框架结构和加筋壁板结构的模态试验和随机振动试验数据，研究了工程仿真模型可信度确认方法。该项目将为飞行器结构复杂环境动应力响应的外推预测提供更加可信的模型，同时为基于仿真模型的复杂结构设计提供一种新思路。