The increased availability of observation data from engineering systems in operation poses the question of how to incorporate this data into finite element models. To this end, we propose a novel statistical construction of the finite element method that provides the means of synthesising measurement data and finite element models. The Bayesian statistical framework is adopted to treat all the uncertainties present in the data, the mathematical model and its finite element discretisation. From the outset, we postulate a data-generating model which additively decomposes data into a finite element, a model misspecification and a noise component. Each of the components may be uncertain and is considered as a random variable with a respective prior probability density. The prior of the finite element component is given by a conventional stochastic forward problem. The prior probabilities of the model misspecification and measurement noise, without loss of generality, are assumed to have zero-mean and known covariance structure. Our proposed statistical model is hierarchical in the sense that each of the three random components may depend on non-observable random hyperparameters. Because of the hierarchical structure of the statistical model, Bayes rule is applied on three different levels in turn to infer the posterior densities of the three random components and hyperparameters. On level one, we determine the posterior densities of the finite element component and the true system response using the prior finite element density given by the forward problem and the data likelihood. On the next level, we infer the hyperparameter posterior densities from their respective priors and the marginal likelihood of the first inference problem. Finally, on level three we use Bayes rule to choose the most suitable finite element model in light of the observed data by computing the model posteriors.


翻译:操作中的工程系统观测数据的可获取性增加,提出了如何将这些数据纳入有限元素模型的问题。为此,我们提议对有限元素方法进行新的统计构建,以提供合成测量数据和有限元素模型的手段。贝叶斯统计框架用于处理数据中存在的所有不确定性、数学模型及其有限元素分化。从一开始,我们假设一个数据生成模型,将数据添加成一个有限元素、模型分解错误和噪音部分。每个组成部分可能不确定,并被视为一个随机变量,且具有各自的先前概率密度。在使用固定元素之前,使用常规的随机前向问题。模型的先前概率和测量噪音,不丧失一般性,假定模型的先前概率和测量噪音具有零度和已知的易变性结构。我们提议的统计模型分级分级,即三个随机元件可能取决于不易观察的离子光度。由于统计模型的等级结构,Bayes规则的边缘值由常规的先期性前向问题提供,而后期值则使用前期数据元值的三个前期值值,在前期值中,我们所观察到的精确值的精确值部分,在前一级,在前期数据中,在前一级,我们所观察到的精确值中,在前值中,在前值中,在前值中,在前一级,在前一级,在前一级,将数据元值中,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在前一级,在后一级,在后一级,在后一级,后一级,在后一级,在后一级,在后一级,在后一级,在前一级,在后一级,在后一级,在后一级,在后一级,在后一级,在后一级,在后一级,在后一级,在,在后一级,在,在,在,在,在,在,在,在,在,在后一级,在,在,在,在,在,在,在,在,在,在,

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