近日，運(yùn)籌學(xué)頂級(jí)期刊Reliability Engineering & System Safety（簡(jiǎn)稱RESS，中科院一區(qū)TOP，IF：9.4）在線發(fā)表了題為Stacking ensemble surrogate modeling method based on decomposed-coordinated strategy for structural low-cycle fatigue life reliability estimation的研究成果。碩士研究生李振澳為論文第一作者，論文通訊作者為董曉威教授。
論文指出：傳統(tǒng)的低周疲勞可靠性評(píng)估通常基于Manson-Coffin公式直接進(jìn)行，而低周疲勞壽命預(yù)測(cè)的性能函數(shù)非線性程度過高，若是采用一步式建模的方式，會(huì)嚴(yán)重影響分析精度。因此，該研究創(chuàng)新性地將分解協(xié)調(diào)策略引入到代理建模過程中。具體而言，該策略將低周疲勞壽命預(yù)測(cè)問題分解為應(yīng)力和應(yīng)變兩個(gè)子目標(biāo)，分別構(gòu)建高精度的子代理模型以降低極限狀態(tài)函數(shù)的非線性特性。隨后，通過協(xié)調(diào)機(jī)制將子代理模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與疲勞參數(shù)相結(jié)合，構(gòu)建基于M-C公式的低周疲勞壽命模型。分解協(xié)調(diào)策略的原理如圖1所示。此外，考慮到建模過程中涉及多個(gè)模型的構(gòu)建，若是采用同一種代理模型，可能會(huì)因模型結(jié)構(gòu)的局限性而無法充分適應(yīng)不同子問題的特性，從而導(dǎo)致建模精度和泛化能力的下降。單一模型在處理復(fù)雜非線性問題時(shí)，往往難以同時(shí)兼顧高精度和強(qiáng)魯棒性，尤其是在低周疲勞壽命預(yù)測(cè)這種多尺度、多物理場(chǎng)耦合的問題中，容易出現(xiàn)過擬合或欠擬合現(xiàn)象。相比之下，混合模型通過整合多種代理模型的優(yōu)勢(shì)，能夠更好地捕捉數(shù)據(jù)中的復(fù)雜特征和非線性關(guān)系。因此，研究進(jìn)一步引入Stacking集成學(xué)習(xí)方法，融合多種訓(xùn)練規(guī)則下的數(shù)據(jù)特征，顯著提升了代理模型的魯棒性和泛化能力。Stacking集成學(xué)習(xí)的原理如圖2所示。通過嵌套非線性函數(shù)近似與概率分析以及航發(fā)渦輪葉盤低周疲勞壽命預(yù)測(cè)與可靠性評(píng)估，驗(yàn)證了所提方法的有效性，為復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的低周疲勞可靠性分析提供了一種新的解決方案。
圖1分解協(xié)調(diào)策略示意圖
圖2 Stacking 集成學(xué)習(xí)原理圖
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2024YFD2300104）支持。
董曉威教授團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期專注于可靠性領(lǐng)域關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究，李振澳同學(xué)自碩士入學(xué)以來已發(fā)表6篇學(xué)術(shù)論文，其中4篇SCI論文和1篇CSCD論文均已檢索，另有1篇處于審稿階段。此外，課題組近三年在《Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering》《Reliability engineering & System safety》及《航空工程進(jìn)展》等國(guó)內(nèi)外知名期刊發(fā)表了8篇高水平論文，累計(jì)影響因子37.8。
（圖/文 李振澳）
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編輯/趙鐵豐
校對(duì)/孫海寧
審核/姜玉美