考虑模糊推理及蒙特卡洛方法的毁伤评估研究

    菅鲁京 李运泽 张加迅 何宗波 王玉莹

    

    

    

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

    摘要：随着定向能技术的发展，热毁伤效能评估已经成为研究的重点方向之一，但目标毁伤程度的量化研究缺乏较为通用的评估方法。为此，在有限元分析的基础上，考虑采用失效概率模糊推理和蒙特卡洛法相结合的方法求解可靠性。分析结果表明，该方法可以有效量化评估毁伤效应。

    关键词：模糊推理;蒙特卡洛法;毁伤评估

    中图分类号：TJ760.3+1;TN249文献标识码：A文章编号：1673-5048（2018）06-0078-06[SQ0]

    0引言

    与传统的毁伤方式不同，热毁伤效应评估一直是定向能技术研究的一个难题。国内外许多研究人员从毁伤机理、试验分析、数值计算分析、可靠性分析等多个方面进行了研究[1]。文献[2]研究了高功率辐照对材料造成的热、力、辐射破坏，模拟了材料毁伤发生概率和影响因素。文献[3]采用试验和数值计算方法研究了高能辐照对铝和铜材料的毁伤效应。文献[4]研究了热毁伤效应，以无限大均匀介质热扩散方程为基础提出了辐照条件下目标材料热毁伤评估方法。文献[5-6]通过结合蒙特卡洛随机模拟和模糊分析方法得出结构可靠度评估，给出较准确的结构可靠性计算结果。

    本文在有限元分析、模糊推理、蒙特卡洛法的基础上提出了基于可靠性计算的可靠性评估法，实现对部件毁伤的定量描述。

    1毁伤机理

    定向能功率密度较小时，目标材料在吸收大量能量后会升温，还会在加热区外传热。当功率密度进一步提升时，材料局部区域的温度会升高到熔化温度，如果继续以较高的速率沉积能量，这个局部区域材料就会发生熔融。如果功率密度达到MW/cm2，吸收能量的材料就可能经历一系列过程达到气化，当强度超过气化阈值时，辐照将使目标材料持续气化，这个过程称作热烧蚀。当强度足够高、气化很强烈时，将会发生材料蒸气高速喷出把部分凝聚态颗粒或液滴一起冲刷出去的现象，从而在材料上造成凹坑甚至穿孔。对于熔点在1500℃左右的金属贮箱，MW级的定向能只要在其表面某固定部位辐照3～5s即可产生烧蚀熔融、气化，使内部的燃料燃烧爆炸[7]。

    2热毁伤的可靠性计算

    大多数辐照对象（部件）的毁伤模式均具有模糊性和随机性，为此，引入模糊推理和蒙特卡洛方法，开展可靠性研究。部件的可靠性计算逻辑见图1。

    2.1辐照状态下部件有限元分析

    假设部件受到定向能辐照时初始温度恒定，將部件的热扩散简化为二维导热问题。采用直角坐标，建立热传导微分方程如式（1）：

    4结论

    根据部件毁伤模糊性和随机性的特点，采用模糊推理和蒙特卡洛法相结合的方法，给出了部件可靠性计算流程。以部件为例，给出了辐照后部件可靠性、失效率的变化，为部件毁伤量化评估提供依据。

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