考慮模糊推理及蒙特卡洛方法的毀傷評(píng)估研究

菅魯京 李運(yùn)澤 張加迅 何宗波 王玉瑩

DOI：10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2018.06.013

摘要：隨著定向能技術(shù)的發(fā)展，熱毀傷效能評(píng)估已經(jīng)成為研究的重點(diǎn)方向之一，但目標(biāo)毀傷程度的量化研究缺乏較為通用的評(píng)估方法。為此，在有限元分析的基礎(chǔ)上，考慮采用失效概率模糊推理和蒙特卡洛法相結(jié)合的方法求解可靠性。分析結(jié)果表明，該方法可以有效量化評(píng)估毀傷效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：模糊推理;蒙特卡洛法;毀傷評(píng)估

中圖分類號(hào)：TJ760.3+1;TN249文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1673-5048（2018）06-0078-06[SQ0]

0引言

與傳統(tǒng)的毀傷方式不同，熱毀傷效應(yīng)評(píng)估一直是定向能技術(shù)研究的一個(gè)難題。國(guó)內(nèi)外許多研究人員從毀傷機(jī)理、試驗(yàn)分析、數(shù)值計(jì)算分析、可靠性分析等多個(gè)方面進(jìn)行了研究[1]。文獻(xiàn)[2]研究了高功率輻照對(duì)材料造成的熱、力、輻射破壞，模擬了材料毀傷發(fā)生概率和影響因素。文獻(xiàn)[3]采用試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算方法研究了高能輻照對(duì)鋁和銅材料的毀傷效應(yīng)。文獻(xiàn)[4]研究了熱毀傷效應(yīng)，以無(wú)限大均勻介質(zhì)熱擴(kuò)散方程為基礎(chǔ)提出了輻照條件下目標(biāo)材料熱毀傷評(píng)估方法。文獻(xiàn)[5-6]通過(guò)結(jié)合蒙特卡洛隨機(jī)模擬和模糊分析方法得出結(jié)構(gòu)可靠度評(píng)估，給出較準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)可靠性計(jì)算結(jié)果。

本文在有限元分析、模糊推理、蒙特卡洛法的基礎(chǔ)上提出了基于可靠性計(jì)算的可靠性評(píng)估法，實(shí)現(xiàn)對(duì)部件毀傷的定量描述。

1毀傷機(jī)理

定向能功率密度較小時(shí)，目標(biāo)材料在吸收大量能量后會(huì)升溫，還會(huì)在加熱區(qū)外傳熱。當(dāng)功率密度進(jìn)一步提升時(shí)，材料局部區(qū)域的溫度會(huì)升高到熔化溫度，如果繼續(xù)以較高的速率沉積能量，這個(gè)局部區(qū)域材料就會(huì)發(fā)生熔融。如果功率密度達(dá)到MW/cm2，吸收能量的材料就可能經(jīng)歷一系列過(guò)程達(dá)到氣化，當(dāng)強(qiáng)度超過(guò)氣化閾值時(shí)，輻照將使目標(biāo)材料持續(xù)氣化，這個(gè)過(guò)程稱作熱燒蝕。當(dāng)強(qiáng)度足夠高、氣化很強(qiáng)烈時(shí)，將會(huì)發(fā)生材料蒸氣高速噴出把部分凝聚態(tài)顆粒或液滴一起沖刷出去的現(xiàn)象，從而在材料上造成凹坑甚至穿孔。對(duì)于熔點(diǎn)在1500℃左右的金屬貯箱，MW級(jí)的定向能只要在其表面某固定部位輻照3～5s即可產(chǎn)生燒蝕熔融、氣化，使內(nèi)部的燃料燃燒爆炸[7]。

2熱毀傷的可靠性計(jì)算

大多數(shù)輻照對(duì)象（部件）的毀傷模式均具有模糊性和隨機(jī)性，為此，引入模糊推理和蒙特卡洛方法，開展可靠性研究。部件的可靠性計(jì)算邏輯見圖1。

2.1輻照狀態(tài)下部件有限元分析

假設(shè)部件受到定向能輻照時(shí)初始溫度恒定，將部件的熱擴(kuò)散簡(jiǎn)化為二維導(dǎo)熱問(wèn)題。采用直角坐標(biāo)，建立熱傳導(dǎo)微分方程如式（1）：

4結(jié)論

根據(jù)部件毀傷模糊性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，采用模糊推理和蒙特卡洛法相結(jié)合的方法，給出了部件可靠性計(jì)算流程。以部件為例，給出了輻照后部件可靠性、失效率的變化，為部件毀傷量化評(píng)估提供依據(jù)。

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