A fundamental limitation of various Equivalent Linearization Methods (ELMs) in nonlinear random vibration analysis is that they are approximate by their nature. A quantity of interest estimated from an ELM has no guarantee to be the same as the solution of the original nonlinear system. In this study, we tackle this fundamental limitation. We sequentially address the following two questions: i) given an equivalent linear system obtained from any ELM, how do we construct an estimator so that, as the linear system simulations are guided by a limited number of nonlinear system simulations, the estimator converges on the nonlinear system solution? ii) how to construct an optimized equivalent linear system such that the estimator approaches the nonlinear system solution as quickly as possible? The first question is theoretically straightforward since classical Monte Carlo techniques such as the control variates and importance sampling can improve upon the solution of any surrogate model. We adapt the well-known Monte Carlo theories into the specific context of equivalent linearization. The second question is challenging, especially when rare event probabilities are of interest. We develop specialized methods to construct and optimize linear systems. In the context of uncertainty quantification (UQ), the proposed optimized ELM can be viewed as a physical surrogate model-based UQ method. The embedded physical equations endow the surrogate model with the capability to handle high-dimensional random vectors in stochastic dynamics analysis.


翻译:在非线性随机振动分析中,各种等效线性线性方法(ELM)的根本限制是,它们的性质是近似性的。ELM估计的利息数量无法保证与原始非线性系统的解决办法相同。在本研究中,我们处理这一基本限制。我们依次处理以下两个问题:一)给从任何ELM获得的等效线性系统,我们如何构建一个估计线性系统,以便当线性系统模拟以数量有限的非线性系统模拟为指导时,估测器会聚集在非线性系统的解决办法上?二)如何建立一个优化的等效线性系统,使估测器尽快接近非线性系统的解决办法。在研究中,我们从理论上来说是直截了当的,因为传统的蒙特卡洛技术,例如控制变异性和重要性取样,在任何代谢性模型的解决方案中可以改进。我们把众所周知的蒙特卡洛理论调整为对应的线性直线性化的具体背景。第二个问题具有挑战性,特别是当罕见事件为非线性系统模型的准度分析?我们用优化的S-limal Q 构建了以最佳的精确性系统。我们用专门方法来构建了以优化U 。

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