基于时间条件残差替代方法的过载轴对称物体瞬态加速度响应的区间不确定性传播

《Mathematics》：Interval Uncertainty Propagation of Transient Acceleration Responses of a High-Overload Axisymmetric Body Using a Time-Conditioned Residual Surrogate

　　

摘要

在受限的导向通道中，瞬态接触响应会呈现突发性事件以及与参数相关的相位偏移，这使得基于固定输出的全历史模拟模型难以训练。本研究提出了一种时间条件残差模拟模型（TC-ResNet），该模型能够将有界质心偏心分量中的不确定性传递到由压力驱动的高过载轴对称物体的瞬态加速度响应中。该非线性参考模型包含了预设的基础压力、壁面接触与冲击作用、与速度相关的摩擦力、重力、俯仰和偏航效应以及偏心效应。TC-ResNet通过将标准化物理参数与傅里叶变换后的时间信息相结合，为每个参数-时间组合预测一个响应值。轴向加速度被直接建模，而低频径向趋势及滑动均方根曲线则用于表示主要的横向运动和局部振动强度。在包含108个测试案例的常见数据集上，TC-ResNet在a_x^low（0.850）、a_x^rms（0.839）以及a_z^low（0.801）这几个指标上的决定系数均处于最高水平，其宏观平均决定系数也为0.848。而对于a_y（0.995）和a_z^rms（0.775）而言，传统的固定输出多层感知器模型表现更为优异，这表明所提出的模型并非在所有情况下都具有绝对优势。区间分析显示，预设的压力载荷会限制轴向敏感度，而径向位移则会改变偏心压力矩和壁面接触情况；轴向位移主要会影响接触力和摩擦力矩的大小，而倾斜角度则主要通过重力分解及累积的接触差异来影响后续的径向响应。在378到504次训练案例之后，模型的预测精度趋于稳定。在相同的中央处理单元上，TC-ResNet处理每条曲线所需时间为0.081秒，这一速度大约是参考求解器的170倍；而在图形处理单元上进行推理时，每条曲线的处理时间则为0.019秒。目前得到的结果可以为定性敏感性分析提供依据，但仍需通过实验进行校准和验证。