شماره ركورد
34595
پديد آورنده
فاطمه ضياءمنش
عنوان
توسعه يك روش يادگيري فعال مبتني بر مدل جايگزين براي تحليل قابليت اعتماد سازهها
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران- سازه
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/7/20
استاد راهنما
علي كاوه
استاد مشاور
/
دانشكده
دانشكده مهندسي عمران
چكيده
تحليل قابليت اعتماد براي برآورد احتمال خرابي اعضا يا سيستمهاي داراي عدم قطعيت و بر پايه معيارهاي عملكردي از پيش تعيينشده انجام ميشود. اين احتمال، ابزار اصلي در طراحي احتمالاتي و بهويژه در بهينهسازي مبتني بر قابليت اعتماد (RBDO) است. چالش اصلي، محاسبه انتگرال چندمتغيره تابع چگالي احتمال در ناحيه خرابي است؛ از اينرو روشهاي تحليلي و عددي متعددي پيشنهاد شدهاند. اخيراً استفاده از مدلهاي جايگزين مبتني بر يادگيري ماشين براي برقراري توازن ميان دقت و كارايي محاسبات مورد توجه قرار گرفته است. اين مدلها با تقريب مرز خرابي و ايمني و بهكارگيري روشهاي كلاسيك قابليت اعتماد، احتمال خرابي را برآورد ميكنند. يادگيري فعال، نوعي نمونهبرداري تطبيقي است كه با بهروزرساني تدريجي دادههاي آموزشي، دقت پيشبيني را افزايش ميدهد و نسبت به روشهاي غيرتطبيقي، هزينه و زمان كمتري دارد. در صورت عدم همگرايي، نمونههاي جديد از ميان دادههاي بدون برچسب انتخاب و تا رسيدن به همگرايي، به مجموعه آموزشي افزوده ميشوند و در نهايت احتمال خرابي و شاخص ايمني گزارش ميگردد. بااينحال، افزودن يك نمونه در هر تكرار ممكن است زمانبر باشد. نمونهبرداري تطبيقي موازي همگرايي را تسريع ميكند، اما انتخاب همزمان چند نمونه ميتواند كارايي مدل را كاهش دهد؛ زيرا اغلب تعداد نمونهها در تمام مراحل ثابت نگه داشته ميشود حتي زماني كه نتايج تقريباً همگرا شده است. در اين پژوهش، ضمن تبيين چارچوب يادگيري فعال، يك رويكرد پويا براي نمونهبرداري تطبيقي مبتني بر مدل جايگزين كريجينگ و نمونهبرداري بااهميت چندحلقهاي پيشنهاد ميشود كه تعداد نمونههاي جديد را بهطور خودكار برحسب دقت مدل تنظيم كرده و چند معيار انتخاب را بهطور همزمان در نظر ميگيرد. نتايج مثالهاي عددي شامل مسائل با احتمال خرابي بسيار كوچك و ابعاد بالا نشان ميدهد كه روش پيشنهادي با حفظ دقت مناسب، تعداد تكرارها و فراخوانيهاي تابع را بهطور چشمگيري كاهش ميدهد. به بيان ديگر، از نظر دقت، سرعت همگرايي و كارايي محاسباتي، رويكرد ارائهشده با روشهاي سنتي و پيشرفته قابل رقابت بوده و تحليل چهار مثال مرجع اين موضوع را تأييد و تصديق ميكند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/12/09
عنوان به انگليسي
Development of a surrogate model based active learning method for structural reliability analysis
تاريخ بهره برداري
10/12/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فاطمه ضياءمنش
چكيده به لاتين
Reliability analysis is performed to estimate the probability of failure of uncertain components or systems based on predetermined performance criteria. This probability is the main tool in probabilistic design, especially in reliability-based optimization (RBDO). The main challenge is to calculate the multivariate integral of the probability density function in the failure region; therefore, several analytical and numerical methods have been proposed. Recently, the use of surrogate models based on machine learning has been considered to make a trade-off between accuracy and computational efficiency. These models estimate the probability of failure by approximating the failure and safety boundary and implementation of classical reliability methods. Active learning is a type of adaptive sampling that increases the prediction accuracy by gradually updating the training data and is less expensive and time-consuming than non-adaptive methods. In case of non-convergence, new samples are selected from the unlabeled data and added to the training set until convergence is achieved, and finally the failure probability and safety index are reported. However, adding one sample per iteration can be time-consuming. Parallel adaptive sampling accelerates convergence, but selecting multiple samples simultaneously can reduce the efficiency of the model, because the number of samples is often kept constant at all stages even when the results are almost converged. In this study, while explaining the active learning framework, a dynamic approach for adaptive sampling based on the Kriging and multi-ring-based importance sampling is proposed, which automatically adjusts the number of new samples according to the accuracy of the model and considers multiple selection criteria simultaneously. The results of numerical examples involving problems with small failure probability and high dimensions show that the proposed method significantly reduces the number of iterations and function calls while maintaining appropriate accuracy. In other words, in terms of accuracy, convergence speed and computational efficiency, the proposed approach is competitive with traditional and advanced methods, and the analysis of four reference examples confirms and confirms this.
كليدواژه هاي فارسي
تحليل قابليت اعتماد
كليدواژه هاي لاتين
Reliability analysis
Author
Fateme Ziyamanesh
SuperVisor
Dr. Kaveh