We propose novel methods for Conditional Value-at-Risk (CVaR) estimation for nonlinear systems under high-dimensional dependent random inputs. We propose a DD-GPCE-Kriging surrogate that merges dimensionally decomposed generalized polynomial chaos expansion and Kriging to accurately approximate nonlinear and nonsmooth random outputs. We integrate DD-GPCE-Kriging with (1) Monte Carlo simulation (MCS) and (2) multifidelity importance sampling (MFIS). The MCS-based method samples from DD-GPCE-Kriging, which is efficient and accurate for high-dimensional dependent random inputs. A surrogate model introduces bias, so we propose an MFIS-based method where DD-GPCE-Kriging determines the biasing density efficiently and the high-fidelity model is used to estimate CVaR from biased samples. To speed up the biasing density construction, we compute DD-GPCE-Kriging using a cheap-to-evaluate low-fidelity model. Numerical results for mathematical functions show that the MFIS-based method is more accurate than the MCS-based method when the output is nonsmooth. The scalability of the proposed methods and their applicability to complex engineering problems are demonstrated on a two-dimensional composite laminate with 28 (partly dependent) random inputs and a three-dimensional composite T-joint with 20 (partly dependent) random inputs. In the former, the proposed MFIS-based method achieves 104x speedup compared to standard MCS using the high-fidelity model, while accurately estimating CVaR with 1.15% error.


翻译:我们提出了在高维依赖性随机输入下对非线性系统进行定量值值值值值值值值值值值值值值值值风险值值值(CVaR)估算的新方法。 我们提出了DD-GPCE-Krigg 代孕模型,该模型将维度分解的通用多元混乱扩大和克里格相融合,以准确估计非线性和非线性随机输出值值。 我们将DD-GPCE-Krigg与(1) Monte Carmomoud 模拟(MCS)和(2) 复合纤维重要性抽样(MFMIIS)结合起来。 DD-GPCE-Krigging基于逻辑方法样本,该模型对高维度依赖性随机输入有效且准确。 一种代孕期模型模型模型显示,DFIS-GPCE-Krigging法基础的基于MFIFIS, 其前导算方法比前导算方法更精确。 我们将DFIS-GCS的计算结果显示,而其前导法则显示,而前导法则显示,CSLFIFICS的计算法则比前方法更精确。

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