【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于船舶波浪載荷響應及可靠性評估，尤其涉及改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法。
技術介紹
1、隨著全球貿易的發展，船舶在海浪中航行時的安全性和經濟性越發受到關注，當船舶在海域中航行時，由于船舶的非直舷和大外飄結構，在高速航行或高海況下時候容易發生砰擊現象，引起船體產生劇烈的剖面載荷，在極端海況下，甚至會使船舶發生斷裂，帶來巨大的生命和財產損失，因此精確預報船舶波浪載荷的具有重要意義。在實際計算中考慮到粘流理論預報船舶波浪載荷需要較高的計算成本，一般常采用勢流理論快速預報船舶的運動。而海浪預報與真實海況的偏差，船舶結構尺寸，材料性能與理論性能的偏差等，說明實際船舶航行時存在著許多不確定因素，現有的確定性方法僅能分析在確定海況下的船舶波浪載荷，而無法反映在不確定性因素下船舶波浪載荷的特性。為此考慮波浪預報、結構尺寸、材料性能等不確定性因素對船舶運動姿態的影響。然而不確定因素眾多，即使采用勢流理論計算進行蒙特卡洛仿真模擬將花費大量時間和金錢。因此，利用船舶波浪載荷的小樣本信息對整體進行可靠性評估已成為目前船舶波浪載荷可靠性分析的關鍵問題。
2、目前在可靠性分析領域主要分為隨機模擬法、近似分析法、代理模型法及可靠性分析的矩方法。隨機模擬法中的代表方法為蒙特卡洛模擬方法（mcs），通過大量的隨機抽樣來保證計算的精度，因此雖然能穩健地估計可靠性概率，但在實際工程問題中難以負擔試驗或計算仿真成本。為此提出近似分析法，以基于一階可靠性方法和二階可靠性方法為代表，通過計算最大可能點來分析可靠性問題，提高了計算效
3、對于小樣本下使用整數階矩最大熵法進行船舶波浪載荷可靠性分析，挖掘更多的信息是必要的，有效的信息發掘可以提高整數階矩最大熵法對船舶波浪載荷可靠性的估計精度。所以提出改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法。通過代理模型方法，可以在小樣本下獲取實際功能函數的輸入輸出映射關系，作為船舶波浪載荷可靠分析的先驗信息?；谧畲蠛篁灷碚摚胗成潢P系的先驗信息，以真實小樣本數據作為似然信息，通過統計推斷獲得最終概率密度函數，尤其在小樣本的船舶波浪載荷可靠性分析領域具有重要意義。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于：提出改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，旨在能實現高效高精度對船舶波浪載荷可靠性進行估計。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
3、改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，包括以下步驟：
4、步驟一、確定結構的功能函數與變量；
5、步驟二、利用代理模型方法獲取變量和響應之間的潛在映射關系；
6、步驟三、利用整數階矩最大熵方法進一步挖掘代理模型隱藏的輸入輸出映射關系的先驗信息；
7、步驟四、利用誤差判別公式設置先驗分布參數的標準差；
8、步驟五、利用最大后驗獲取最終的結構響應概率密度分布和失效概率。
9、作為上述技術方案的進一步描述：所述步驟一具體包括：
10、（1.1）根據設計和分析需求，確定影響船舶波浪載荷響應的變量，如船舶質量分布、航速和波浪工況條件等；
11、（1.2）利用非線性勢流理論獲取船舶波浪載荷響應對應的功能函數，并獲取影響船舶波浪載荷響應功能函數的變量及其分布信息，其中表示隨機變量，表示波浪載荷響應的功能函數。
12、作為上述技術方案的進一步描述：所述步驟二具體包括：
13、（2.1）采用sobol序列抽樣方法或者其他低差異序列抽樣方法在步驟一中所獲取的采樣空間內抽取個少量樣本，組成訓練集，其中空間表示影響船舶波浪載荷響應功能函數的變量的空間，訓練集表示為從采樣空間中抽取的隨機變量的組合的集合；
14、（2.2）根據步驟一獲得的功能函數，獲取訓練集對應的船舶波浪載荷功能函數的響應值，在此基礎上利用高斯隨機過程，并基于訓練集和對應的響應值構建代理模型，為訓練集波浪載荷響應值；
15、（2.3）使用蒙特卡洛仿真方法，在變量空間中抽取個樣本組成蒙特卡洛樣本集，并采用構建的代理模型生成對應的預測響應值，其中表示為從變量空間中隨機抽取的一組樣本，樣本規模較大，可以獲取具有統計意義并能有效近似結構響應的概率分布。
16、作為上述技術方案的進一步描述：所述步驟三具體包括：
17、（3.1）基于整數階矩最大熵方法對步驟二得到的預測值進行概率分布擬合，獲得預測值對應預測的概率密度函數；
18、（3.2）依據預測的概率密度函數，獲取代理模型中隱藏的關于映射關系的先驗信息的均值，其中為預測的概率密度函數的歸一化參數，為構成預測的概率密度函數的拉格朗日乘子，。
19、作為上述技術方案的進一步描述：所述步驟四具體包括：
20、（4.1）設置先驗信息服從正態分布，在步驟三得到先驗信息分布的均值的基礎上，通過誤差判別公式進一步獲取分布參數的標準差，得到先驗信息的分布，；
21、（4.2）基于整數階矩最大熵方法對訓練集波浪載荷響應值進行概率分布擬合，獲取對應的概率密度函數；
22、（4.3）比較訓練響應值得到的和步驟三得到預測的，通過誤差判別公式求得兩者的差別，并將，其中是先驗信息的標準差，。
23、作為上述技術方案的進一步描述：所述步驟五具體包括：
24、（5.1）基于最大后驗方法，構建考慮最大后驗的目標優化函數，并以步驟四得到的先驗信息均值和標準差及步驟二的訓練集波浪載荷響應值作為輸入參數，通過該輸入參數，求解使最大后驗目標優化函數達到最小值時的拉格朗日乘子，其中；
25、（5.2）根據最大后驗的得到拉格朗日乘子構建最終的概率密度函數和概率分布函數，獲得船舶極端運動的概率，整個計算流程結束，其中。
26、作為上述技術方案的進一步描述：所述方法分為四個階段，即代理模型構建階段、先驗信息均值獲取階段、誤差判別公式階段、最大后驗階段，其中代理模型構建階段包含步驟一和步驟二；先驗信息獲本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟一具體包括：
3.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟二具體包括：
4.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟三具體包括：
5.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟四具體包括：
6.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟五具體包括：
7.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述方法分為四個階段，即代理模型構建階段、先驗信息均值獲取階段、誤差判別公式階段、最大后驗階段，其中代理模型構建階段包含步驟一和步驟二；先驗信息獲取階段包含步驟三；誤差判別公式階段包含步驟四；最大后驗階段包含步驟五
8.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟二和步驟三中的整數階矩最大熵法的具體公式可寫為：，其中為響應值，為概率密度函數的歸一化參數，為概率密度函數的拉格朗日乘子，為矩的階數，為矩的總個數，且，。
9.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟四的誤差判別公式的具體公式如下：
10.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟五中獲取的最大后驗目標優化函數具體表示為：
...【技術特征摘要】
1.改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟一具體包括：
3.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟二具體包括：
4.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟三具體包括：
5.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟四具體包括：
6.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述步驟五具體包括：
7.根據權利要求1所述的改進最大熵法的最大后驗船舶波浪載荷可靠性分析方法，其特征在于，所述方法分為四個階段，即代理模型構建階段、先驗信息均值獲取階段、誤差判別公式階段、最大后驗階段，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫士麗，繆威龍，陳澤泉，田徑，
申請(專利權)人：青島哈爾濱工程大學創新發展中心，
類型：發明
國別省市：
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