反演
關注創建者：木劉椿 創建時間：2021-03-31
反演的視頻教程
應用Isight進行材料參數反演
在工程應用中，反演問題廣泛出現在地球物理、生物、醫療及建筑等領域。反演問題相對于正演問題而存在，其一般的工作程序為數據-正演模型-模型參數的估算值。因此，正演計算模型是反演問題的基礎。只有得到了正演問題的數值解，才能考慮去求解反演問題。 Abaqus有限元仿真已廣泛應用于土木工程各領域，計算結果的準確度與精度不斷提高。用試驗數據為大型工程批量仿真模擬標定計算參數已經成為常用方法。 ???
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【13】基于ANSYS的巖體初始地應力反演
巖體初始地應力場是影響隧道等地下工程圍巖穩定的重要荷載，是其設計、施工時的首要考慮因素，而實測原位地應力由于樣本稀少導致較難反映巖體初始地應力場的宏觀分布規律，因此， 反演巖體的初始地應力場是地下工程進行穩定性分析及結構設計的前提條件。 本課程帶你從零開始到完全掌握基于ANSYS的地應力反演分析。視頻主要是教你怎么使用命令流以及多元線性回歸的python程序。還有相應的參考文獻。
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反演的實例教程
單純形法是一個需要更多迭代次數的方法，是比較適合做參數反演的。因此本案例使用單純形法（nelder-mead）反演了J-C模型的參數，如表1所示。由表1可知A、B、n、modulus的反演值與真實值相對誤差較小，而c、m具有較大的誤差。
表1 材料參數統計情況
未知參數
A
B
n
c
m
modulus
真實值
200MPa
230MPa
0.41
0.01
1
200GPa
反演值
194.9MPa
239.8MPa
0.3622
0.0021
0.1593
193GPa
相對誤差
2.55%
4.26%
11.66%
79%
84.07%
3.5%
再來看一下位移與力的曲線關系，圖2為真實與反演的位移-力曲線對比，很明顯反演曲線幾乎和真實曲線重合在一起了。再結合表1，參數c，m誤差較大但并未對結果造成明顯的的影響，這是由于材料屬性對這兩個數不敏感而引起的。因此在參數反演時，我們有必要先對參數的敏感性進行分析，這樣可以減少不必要的優化參數。敏感性分析將在下一期中進行展示，敬請期待！
圖2 反演與真實位移與力曲線對比
由上圖可知，位移-力曲線幾乎重合了，吻合度非常高，那么其反演的應力場和位移場是怎么樣的呢？圖3-圖4分別展示了反演的應力場和真實應力場對比關系，反演的位移場與真實位移場的對比關系，由圖無論是位移還是應力云圖，反演場和真實場的形態分布和數值大小都是非常接近的，這說明了反演結果的可靠性。
圖3 反演與真實應力云圖對比
圖4 反演與真實位移云圖對比
4.
展開 后來我們根據標準調整了采樣參數——近場距離保持在3至5倍波長之間，掃描間距小于1/2波長，反演結果就與遠場仿真高度吻合了。
但平面近場存在一個天然的限制，那就是無法獲取后向輻射信息。我們觀察到反演結果在后向出現較強凋零，因此推斷它更適用于高增益天線和對主瓣分析要求較高的應用場景。為了進一步驗證，我們嘗試仿真一個線陣槽縫天線模型，并觀察在不同指向角度（例如±40度、±50度、±60度）下的反演效果。實驗發現，當掃描面大小不足時，反演結果的邊緣角會出現明顯畸變，導致方向圖一側“發胖”一側“變瘦”，這是由于傅里葉展開的邊界效應引起的。將面加寬之后，方向圖的主瓣形態明顯改善，在±50度范圍內保持了良好的準確性。
接著我們嘗試使用柱面近場進行仿真反演。相比平面場，它能更好地還原低增益天線的完整輻射特性，特別適合陣列天線、基站天線等具有環繞輻射需求的應用。我們設置了一個±45度掃描角度，發現仿真結果在主瓣和部分副瓣區域都與預期非常吻合。需要注意的是，在使用柱面和球面反演時，Feko 要求加載電場和磁場聯合數據，而不僅僅是電場，因此前處理設置必須匹配正確。
通過這類仿真，我們獲得了一個比較清晰的認知：
平面近場：適用于高增益天線及相控陣設計，推薦角域在±30~50度內，關注采樣密度與掃描區域匹配。
柱面近場：適合線陣類或寬波束扇形天線，反演范圍更廣，精度更穩定。
球面近場：適用于全向或復雜形態天線，能提供全角域反演。
展開 有限元模型修正法FEMU結合智能優化算法反演了加強筋位置布局的源程序（python程序，可反演位置、厚度、材料參數，通用反演程序）
2. 參數化建模的一些技巧；
3. 直接搜索法和智能算法兩種反演方法，以及了解他們的優勢所在；
1.導讀
薄壁結構最常見的失效方式是屈曲（失穩）。為了避免此類結構發生屈曲現象，可以使用加強筋，加強筋可增加結合面的強度。屈曲臨界載荷是衡量結構發生屈曲現象的最小載荷，由下式決定：
為屈曲載荷因子，F為外載荷。由上式可知，在外載一定的時候，臨街載荷與屈曲載荷因子成正比，而屈曲載荷因子與加強筋的位置有關。因此為了提高結構的穩定性，需要找到加強筋的最優位置使得該結構擁有最大屈曲載荷因子。
尋找最優位置的問題是一個反問題，可通過優化算法來獲到最優解。差分進化算法是一種全局智能優化算法，是遺傳算法的變體，可高效獲得最優解。本文使用智能優化算法對位置參數進行了反演并使用遍歷搜索優化算法來進行了對比。
2.問題描述
針對圖1優化前所示結構，優化軸向4個加強筋位置，使得屈曲載荷因子最大。圓筒高400mm，圓筒直徑為400mm,薄壁厚1mm,加強筋厚2mm。圓筒在頂端受到大小為500N，方向為-y方向的集中力。
圖1 帶有加強筋的圓筒模型
通過差分進化優化算法獲得的加強筋均勻分布在圓筒的四周，是不是很符合力學認知？
3. 代碼詳解
這一部分將結合代碼詳細展現如何實現這一過程的技術細節以及智能優化算法的優勢。代碼是通過Python腳本來實現，其代碼主要包含三個模塊runAbaqus、main_DE_inverse、main_TS_inverse,分別代表執行CAE計算、差分進化算法反演和遍歷搜索算法反演。
展開 Essential Macleod反演工程對四層減反膜進行分析
有很多的過程可以被稱之為反演工程，但在Essential Macleod中，該術語的意思是用來識別理想設計的和實際生產嘗試之間的差異。該功能大致可以概括為“出了什么問題”。這一過程類似于優化，在優化過程中，將初始設計進行優化，以滿足一組優化目標。優化的目標是測量出來的、有問題的膜層性能，但有的時候會有很復雜的情況。在正常的優化中，經常會有多個解決方案，但是，由于我們通常會從中選擇一個合適的設計，所以多個解決方案很少會帶來麻煩。在反演工程中，只有一個正確答案，多個解決方案可能是災難性的，那么怎么才能知道我們是否得到了正確的答案？這一點沒有完全嚴格的測試方法，因此我們只能利用所掌握的關于鍍膜的所有知識來評估結果的合理性。我們還利用我們的知識和經驗以及各種不同的約束來指導過程。同時，作為目標的測量結果應盡可能精確，這一點至關重要。因此，盡管反演工程本質上是一個優化器，但它的結構與任何優化工具都完全不同。
我們可以看一個在400nm至700nm區域NBK7玻璃上鍍減反射膜層反演工程中的應用。這是使用四層SiO2和Ta2O5，我們在每個Ta2O5層中引入誤差，在第四層中，靠近基板厚度+10%，在較厚的第二層中厚度-10%。正確設計和錯誤設計的反射率如圖1所示，其中考慮了基板背面的影響。
圖1.橙色曲線表示無誤差四層設計的性能，黑色曲線表示有誤差的性能。這兩條曲線都包括基板后表面的影響。
我們要做的第一件事就是通過File-New子菜單設置中創建新的反演工程。該工具立即要求導入正確的設計，圖2，Next，圖3，是我們需要的基板，默認是從設計中讀取的。如果在后表面變黑或磨平的情況下測量性能為反射率，則應使用Wedge屬性。最后，我們需要導入測量性能。
展開 下表是系統參數初始值與反演值的對比，模型信號差異很大程度上得到縮減，參數反演分析使模型得到校準，仿真擬合曲線和參考曲線之間實現了出色的一致性。
模型校準和參數反演，將產品的特性被準確、清晰地仿真模擬，不再過保守設計，研發人員可以利用高置信度的虛擬樣機，進行高效的結構優化設計，大大降低產品的成本和增強品質競爭力。
另外optiSLang可以集成到Workbench界面，直接讀取Workbench中Mechanical的分析流程中的參數。上述案例用Workbench界面分析時的流程如下圖所示。
利用optiSLang模型標定與參數反演功能，可以讓我們的仿真模型更加準確，從而保證仿真結果更加精確。
文章來源于上海安世亞太 ，作者陳志梅
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反演的最新內容
從厘米到月球：激光測距技術14天前
例如，通過長期SLR觀測，科學家可精準監測板塊運動，為地震預警提供數據；通過測量地球重力場變化，可反演地球內部結構與氣候變化。
激光測月則為地月系統動力學研究提供了精準數據。通過長期監測地月距離變化，科學家發現月球正以每年3.8厘米的速度遠離地球，這一數據為研究地月系統起源與演化提供了關鍵依據；同時，激光測月還可驗證愛因斯坦廣義相對論在深空環境中的適用性，是基礎物理研究的“太空實驗室”。
首先利用LS-DYNA提取關鍵區域力學特征并借助時空分解進行系統解耦；隨后結合遺傳算法與目標級聯法進行參數反演，鎖定地板下部結構的最優剛度與阻尼；最后利用響應面模型完成下部結構（模塊化組件）優化設計，最終實現eVTOL地板加速度峰值的降低。該方法融合了LS-DYNA仿真與LPM快速迭代優勢，為航空器適墜性設計提供了高效的正向量化設計手段。
答案在于理解“生成”與“反演”的根本區別。
通用視覺大模型執行的是“圖像翻譯”：學習模糊圖像域到清晰圖像域的統計映射。這個映射完全基于訓練數據的分布——模型學到的是“在清晰圖像世界里，面對此類模糊，最可能的清晰圖像長什么樣”。這是概率意義上的最優猜測，不是物理意義上的確定還原。它無法為任何恢復出的像素提供溯源于物理測量的證明。
進一步，提取了電場各方向分量并構建了靈敏度矩陣（Jacobian matrix），為后續電導率反演與圖像重建提供基礎。該平臺可用于動態心臟 EIT 正問題研究，并支持圖像反演算法訓練及病變模擬拓展。
據文獻研究，通過野值場反演和符號回歸（FISR）優化SST模型，所得新模型（SST-SR）在完全不同于訓練工況的分離流測試中依然表現出色，成功預測了二維突擴、周期性臺階和復雜三維 Ahmed 體尾流等復雜分離流場。這表明<strong style="color: rgb(5, 76, 143);">數據驅動的顯式修正確實賦予了傳統模型難以企及的跨工況泛化能力。
激光測距技術應用—太空探索3個月前
例如，通過長期SLR觀測，科學家可<strong>精準監測板塊運動</strong>，為地震預警提供數據；通過測量地球重力場變化，可反演地球內部結構與氣候變化。
</p><p>(1) <strong>展示不同平滑參數下反演 bond–slip 曲線的變化趨勢</strong></p><p>圖4對同一組荷載–位移輸入數據，在采用不同平滑強度（或不同濾波參數）條件下得到的 bond–slip 曲線進行了對比，直觀反映出反演結果對數據處理方式的敏感性。
Mach-Zehnder Modulator（相關鏈接：https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360042328774-Traveling-Wave-Mach-Zehnder-Modulator）
圖8：行波馬赫-曾德爾調制器
上面介紹了電光調制中四種常見的物理效應，這四種物理效應對對硅材料光學性質的影響可以總結如下：
①由于硅晶格的中心反演對稱性
本文面向兩條互補技術路線：一是條件擴散重建（CDEIT），直接以邊界電壓為條件，在端到端擴散反演中迭代生成電導率圖像；二是無監督敏感度先驗融合（SPfusion），在物理模型驅動解算中引入由擴散模型生成的非均勻敏感度先驗，以增強結構細節與穩健性。
在打破反演對稱性的過程中，帶隙邊緣附近出現連續色散現象，導致帶隙內出現慢光模式。慢光波導的帶隙對空氣孔尺寸和位置的變化具有良好的容差。
雖然布拉格光柵常用于在波導中誘導慢光，但我們的拓撲結構具有顯著優勢。相較于布拉格光柵，它們能提供更大的折射率擾動和更高的耦合系數。這使得反射率提升且帶隙寬度增大。調制臂采用"AB"拓撲結構可進一步減小臂長。
