[发明专利]一种针对弹体结构的高置信度载荷不确定传播分析方法

说明书

本发明公开了一种针对弹体结构的高置信度载荷不确定传播分析方法，以准确预示导弹飞行器内载荷；该方法首先基于非概率贝叶斯更新策略，构建结构内载荷不确定输入参数的区间模型后验概率的迭代过程，以获得不同区间模型的置信度；进而，利用所筛选的最优置信度的不确定输入参数模型，基于勒让德正交多项式构建结构内载荷响应函数的近似函数；最后，根据近似函数的零点特性求得载荷响应的区间上下界，实现了导弹飞行器结构内载荷设计的高置信度不确定性模型构建。

技术领域

本发明属于导弹飞行器气动结构载荷设计不确定性分析技术领域，具体涉及一种针对弹体结构的高置信度载荷不确定传播分析方法，特别涉及基于非概率贝叶斯更新和勒让德正交多项式构建近似函数方法的高置信度不确定性区间传播技术，以实现在贫样本信息下导弹飞行器结构内载荷设计的高置信度不确定性模型构建分析。

背景技术

导弹飞行器的设计要求主要依据其所需要完成的任务，以及完成它们所需要经历的各种工作环境和条件。在这个过程中，起决定作用的是服役周期中的各种载荷。如果对主要载荷预计不足或者过高，则会造成结构破坏或者结构笨重，以致不能满足总体性能要求。决定载荷大小及分布的主要因素为飞行器的飞行状态和自身的结构特性。这些因素本身具有较大的分散性，最终会导致结构内载荷的不确定性。

工程上对载荷的不确定性预测主要有概率方法和非概率方法(主要为区间方法)两种方法。常用的概率方法有蒙特卡洛模拟方法、矩估计方法等，其重要的应用前提是具有足够数量的样本数据以获得参数的统计特征，然而在工程中难以获得大量的样本数据。区间方法只需要利用较少的信息确定不确定参数的区间上下界，具有更强的适用性。常用的区间方法有顶点组合法、泰勒级数展开法等。但当不确定输入参数的数量显著增加，结构复杂度上升、非线性性增强时，计算量指数级扩大，误差增大，无法很好地解决工程上的多源不确定性问题。

在进行不确定性传播分析得到结构内载荷不确定性区间之前，需要对构建的不确定输入参数量化模型进行模型确认。利用低置信度的量化模型求解结构内载荷响应区间上下界将获得不准确的结果，这在非线性问题中更为明显。基于贝叶斯更新的区间模型确认方法利用新的样本点，构建模型后验概率的迭代过程，有效实现了区间量化模型的确认。

为了克服当前存在的技术瓶颈，针对导弹飞行器的弹体结构构建一种高置信度的结构内载荷不确定性传播分析方法。基于非概率贝叶斯更新的模型确认方法，迭代筛选出置信度最高的模型。之后基于勒让德正交多项式，构建结构内载荷响应函数的近似模型，逐维求得模型的极值点，最终得到结构内载荷响应的不确定区间上下界。发展和建立导弹飞行器弹体结构内载荷的高置信度不确定性分析技术，对于形成和完善导弹设计方法、缩短其建模周期和推动优化设计等方面均有显著的现实意义。

发明内容

为克服导弹飞行器内载荷不确定性分析问题中需要大量样本数据的问题，本发明提出一种针对弹体结构的高置信度载荷不确定传播分析方法，其为针对弹体结构构建的一种高置信度的载荷不确定性传播分析方法。基于非概率贝叶斯更新策略，构建结构内载荷不确定输入参数的区间模型后验概率的迭代过程，以获得不同区间模型的置信度。利用所筛选的最优置信度的不确定输入参数模型，基于勒让德正交多项式构建结构内载荷响应函数的近似函数，根据近似函数的零点特性求得载荷响应的区间上下界，本发明能够为导弹飞行器结构内载荷设计提供技术支撑。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种针对弹体结构的高置信度载荷不确定传播分析方法，包括以下步骤：

第一步：给定需要置信量化的气动外载荷不确定性输入参数，包括飞行高度、马赫数以及攻角、结构材料属性参数；给定不确定性输入参数的样本数据，随机选取部分样本数据使用定量化方法对不确定参数进行量化，获得r个量化区间I₁,I₂,…,I_r；