A time variant uncertainty propagation method for high-dimensional dynamic structural system via K–L expansion and Bayesian deep neural network

人工神经网络 贝叶斯网络 动态贝叶斯网络 贝叶斯概率 计算机科学 深层神经网络 人工智能 算法
作者
Jingfei Liu,Chao Jiang,Haibo Liu,Guijie Li
出处
期刊:Philosophical Transactions of the Royal Society A [The Royal Society]
卷期号:381 (2260) 被引量:2
标识
DOI:10.1098/rsta.2022.0388
摘要

In this paper, a time variant uncertainty propagation (TUP) method for dynamic structural system with high-dimensional input variables is proposed. Firstly, an arbitrary stochastic process simulation (ASPS) method based on Karhunen-Loève (K-L) expansion and numerical integration is developed, expressing the stochastic process as the combination of its marginal distributions and eigen functions at several discrete time points. Secondly, the iterative sorting method is implemented to the statistic samples of marginal distributions for matching the constraints of covariance function. Since marginal distributions are directly used to express the stochastic process, the proposed ASPS is suitable for stationary or non-stationary stochastic processes with arbitrary marginal distributions. Thirdly, the high-dimensional TUP problem is converted into several high-dimensional static uncertainty propagation (UP) problems after implementing ASPS. Then, the Bayesian deep neural network based UP method is used to compute the marginal distributions as well as the eigen functions of dynamic system response, the high-dimensional TUP problem can thus be solved. Finally, several numerical examples are used to validate the effectiveness of the proposed method. This article is part of the theme issue 'Physics-informed machine learning and its structural integrity applications (Part 1)'.

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