考慮模糊推理及蒙特卡洛方法的毀傷評估研究

菅魯京 李運澤 張加迅 何宗波 王玉瑩

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

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

關鍵詞：模糊推理;蒙特卡洛法;毀傷評估

中圖分類號：TJ760.3+1;TN249文獻標識碼：A文章編號：1673-5048（2018）06-0078-06[SQ0]

0引言

與傳統的毀傷方式不同，熱毀傷效應評估一直是定向能技術研究的一個難題。國內外許多研究人員從毀傷機理、試驗分析、數值計算分析、可靠性分析等多個方面進行了研究[1]。文獻[2]研究了高功率輻照對材料造成的熱、力、輻射破壞，模擬了材料毀傷發生概率和影響因素。文獻[3]采用試驗和數值計算方法研究了高能輻照對鋁和銅材料的毀傷效應。文獻[4]研究了熱毀傷效應，以無限大均勻介質熱擴散方程為基礎提出了輻照條件下目標材料熱毀傷評估方法。文獻[5-6]通過結合蒙特卡洛隨機模擬和模糊分析方法得出結構可靠度評估，給出較準確的結構可靠性計算結果。

本文在有限元分析、模糊推理、蒙特卡洛法的基礎上提出了基于可靠性計算的可靠性評估法，實現對部件毀傷的定量描述。

1毀傷機理

定向能功率密度較小時，目標材料在吸收大量能量后會升溫，還會在加熱區外傳熱。當功率密度進一步提升時，材料局部區域的溫度會升高到熔化溫度，如果繼續以較高的速率沉積能量，這個局部區域材料就會發生熔融。如果功率密度達到MW/cm2，吸收能量的材料就可能經歷一系列過程達到氣化，當強度超過氣化閾值時，輻照將使目標材料持續氣化，這個過程稱作熱燒蝕。當強度足夠高、氣化很強烈時，將會發生材料蒸氣高速噴出把部分凝聚態顆粒或液滴一起沖刷出去的現象，從而在材料上造成凹坑甚至穿孔。對于熔點在1500℃左右的金屬貯箱，MW級的定向能只要在其表面某固定部位輻照3～5s即可產生燒蝕熔融、氣化，使內部的燃料燃燒爆炸[7]。

2熱毀傷的可靠性計算

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

2.1輻照狀態下部件有限元分析

假設部件受到定向能輻照時初始溫度恒定，將部件的熱擴散簡化為二維導熱問題。采用直角坐標，建立熱傳導微分方程如式（1）：

4結論

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

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