基于动态预测的深水爆炸试验容器可靠性分析

李琳娜 钟东望 黄小武 何理 司剑峰 涂圣武

李琳娜, 钟东望, 黄小武, 何理, 司剑峰, 涂圣武. 基于动态预测的深水爆炸试验容器可靠性分析[J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(1): 014901. doi: 10.11883/bzycj-2020-0078
引用本文: 李琳娜, 钟东望, 黄小武, 何理, 司剑峰, 涂圣武. 基于动态预测的深水爆炸试验容器可靠性分析[J]. 爆炸与冲击, 2021, 41(1): 014901. doi: 10.11883/bzycj-2020-0078
LI Linna, ZHONG Dongwang, HUANG Xiaowu, HE Li, SI Jianfeng, TU Shengwu. Reliability analysis of deepwater explosion test vessel based on dynamic prediction[J]. Explosion And Shock Waves, 2021, 41(1): 014901. doi: 10.11883/bzycj-2020-0078
Citation: LI Linna, ZHONG Dongwang, HUANG Xiaowu, HE Li, SI Jianfeng, TU Shengwu. Reliability analysis of deepwater explosion test vessel based on dynamic prediction[J]. Explosion And Shock Waves, 2021, 41(1): 014901. doi: 10.11883/bzycj-2020-0078

基于动态预测的深水爆炸试验容器可靠性分析

doi: 10.11883/bzycj-2020-0078
基金项目: 国家自然科学基金(51904210,51404175);冶金工业过程系统科学湖北省重点实验室开放基金(Y201712);爆破工程湖北省重点实验室开放基金(HKLBEF202009)
详细信息
    作者简介:

    李琳娜(1978- ),女,博士,教授,lilinna@wust.edu.cn

    通讯作者:

    钟东望(1963- ),男,博士,教授,12276086@qq.com

  • 中图分类号: O389; TB114.3

Reliability analysis of deepwater explosion test vessel based on dynamic prediction

  • 摘要: 为了确保深水爆炸试验容器在服役期间的安全性,提出了一种基于智能预测的随机-区间动态可靠性模型,通过动态测试数据建立了容器响应的广义回归神经网络(general regression neural network,GRNN)预测模型,获得了容器的最大应变区间变量,同时考虑容器结构的随机特性,开展了现役深水爆炸试验容器的可靠性分析,并分别采用3种方法进行了可靠性指标计算。分析结果表明,对于深水爆炸试验容器这类高可靠性且缺乏样本数据的结构,建立基于动态预测的混合可靠性模型,并通过区间计算可靠性指标的方法简便、可行;模型的区间变量随着结构动态测试数据的变化而变化,且对结构的不确定性分析也是动态的,因此得到的容器可靠性也随着其服役过程不断推进,具有动态特性,可以更好地反映容器在服役期间的性能变化,为容器的使用维护提供决策依据。
  • 图  1  深水爆炸试验容器结构(单位: mm)

    Figure  1.  Structure drawing of deep-water explosion test vessel (unit: mm)

    图  2  测点位置示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of measuring points location

    图  3  动态应变GRNN预测过程

    Figure  3.  GRNN prediction process of dynamic strain

    表  1  测试应变数据

    Table  1.   Test stain data

    试验
    编号
    药量/
    g
    加载静水压/
    MPa
    容器应变/10−4试验
    编号
    药量/
    g
    加载静水压/
    MPa
    容器应变/10−4
    测点1测点2测点1测点2
    1 5.004.906.00170.81.00.851.29
    25.02.04.195.27182.41.01.422.71
    310.006.146.07190.81.50.982.13
    410.02.05.605.85202.41.51.701.14
    50.801.021.92210.82.00.991.20
    60.80.51.383.66222.42.01.941.70
    70.81.02.432.87230.80.30.991.49
    80.81.51.512.57242.40.31.111.71
    90.82.01.143.45250.81.30.651.11
    102.401.823.83260.80.80.711.07
    112.41.02.675.60272.40.81.321.90
    122.42.01.974.54282.41.51.112.27
    130.800.541.25292.41.31.781.79
    142.401.892.85300.81.80.681.12
    150.80.50.872.09312.41.81.822.05
    162.40.51.372.53
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    表  2  随机变量分布

    Table  2.   Distribution of random variables

    随机变量均值标准差变异系数分布类型
    屈服强度34510.350.03GASS
    弹性模量209 6.270.03GASS
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    表  3  第32次试验预测结果

    Table  3.   Prediction results of the 32nd test

    试验次数药量/g加载静水压/MPa位置容器应变/10−4预测绝对误差
    32102.0测点15.54 9.357 5
    32102.0测点25.2711.938 2
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    表  4  容器可靠性计算结果

    Table  4.   Calculation results of vessel reliability

    计算方法失效概率区间可靠性指标计算时间/s
    区间随机化功能函数00.277 5
    随机区间化功能函数3.375 10.001 0
    二级功能函数00.109 9
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  • [1] 钟冬望, 李琳娜. 水介质爆炸容器动力响应分析与优化设计[M]. 北京: 科学出版社, 2016: 89−116.
    [2] BEN-HAIM Y. Convex models of uncertainty in radial pulse buckling of shells [J]. Journal of Applied Mechanics, 1993, 60(3): 683–688. DOI: 10.1115/1.2900858.
    [3] ELISHAKOFF I, ELISSEEFF P, GLEGG S A L. Nonprobabilistic, convex-theoretic modeling of scatter in material properties [J]. AIAA Journal, 1994, 32(4): 843–849. DOI: 10.2514/3.12062.
    [4] 郭书祥, 吕震宙, 冯元生. 基于区间分析的结构非概率可靠性模型 [J]. 计算力学学报, 2001, 18(1): 56–60. DOI: 10.3969/j.issn.1007-4708.2001.01.010.

    GUO S X, LV Z Z, FENG Y S. A non-probabilistic model of structural reliability based on interval analysis [J]. Chinese Journal of Computational Mechanics, 2001, 18(1): 56–60. DOI: 10.3969/j.issn.1007-4708.2001.01.010.
    [5] 郭书祥, 吕震宙. 结构可靠性分析的概率和非概率混合模型 [J]. 机械强度, 2002, 24(4): 524–526, 530. DOI: 10.3321/j.issn:1001-9669.2002.04.012.

    GUO S X, LÜ Z Z. Hybrid probabilistic and non-probabilistic model of structural reliability [J]. Journal of Mechanical Strength, 2002, 24(4): 524–526, 530. DOI: 10.3321/j.issn:1001-9669.2002.04.012.
    [6] 孙海龙. 结构可靠性分析区间模型的若干问题研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2007: 64−76.

    SUN H L. Research on some issues about interval model for structural reliability analysis [D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2007: 64−76.
    [7] GUO J, DU X P. Reliability sensitivity analysis with random and interval variables [J]. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 2009, 78(13): 1585–1671. DOI: 10.1002/nme.2543.
    [8] 李贵杰. 主客观不确定性结构可靠性分析方法研究[D]. 西安: 西北工业大学, 2014: 47−70.

    LI G J. Research on the the reliability methods for the aleatory and epistemic uncertaint structures [D]. Xi’an: Northwestern Polytechnical University, 2014: 47−70.
    [9] ZHANG J G, QIU J W, WANG P D. Hybrid reliability analysis for spacecraft docking lock with random and interval uncertainty [J]. International Journal of Aerospace Engineering, 2017(4): 1–9. DOI: 10.1155/2017/3920267.
    [10] 林峰, 陈建军, 曹鸿钧. 复合材料压力容器的概率与区间可靠性设计 [J]. 西安电子科技大学学报, 2017, 44(1): 45–51. DOI: 10.3969/j.issn:1001-2400.2017.01.009.

    LIN F, CHEN J J, GAO H J. Probabilistic and interval reliability design of the composite pressure vessel [J]. Journal of Xidian University, 2017, 44(1): 45–51. DOI: 10.3969/j.issn:1001-2400.2017.01.009.
    [11] 滑林, 吴凡, 牟金磊. 随机-非概率模型下的船体结构屈服强度可靠性分析 [J]. 国防科技大学学报, 2018, 40(6): 177–182. DOI: 10.11887/j.cn.201806025.

    HUA L, WU F, MOU J L. Reliability analysis on yielding strength of hull structure based on random non-probabilistic model [J]. Journal of National University of Defense Technology, 2018, 40(6): 177–182. DOI: 10.11887/j.cn.201806025.
    [12] 邱涛, 张建国, 邱继伟, 等. 基于二参数寻优设计点的混合结构可靠性分析算法 [J]. 兵工学报, 2019, 40(4): 865–873. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.04.022.

    QIU T, ZHANG J G, QIU J W, et al. Two-parameter optimization design point-based reliability analysis algorithm for structures with mixed uncertainty [J]. Acta Armamentarii, 2019, 40(4): 865–873. DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2019.04.022.
    [13] 杨正茂, 张艳娟, 李德才, 等. 一种考虑结构强度退化的可靠性分析方法 [J]. 载人航天, 2017, 23(3): 384–390. DOI: 10.16329/j.cnki.zrht.2017.03.016.

    YANG Z M, ZHANG Y J, LI D C, et al. A reliability analysis method considering structural strength degradation [J]. Manned Spaceflight, 2017, 23(3): 384–390. DOI: 10.16329/j.cnki.zrht.2017.03.016.
    [14] 彭兆春. 基于疲劳损伤累积理论的结构寿命预测与时变可靠性分析方法研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2017: 121−129.

    PENG Z C. Research on methods for structural life prediction and time-dependent reliability analysis using cumulative fatigue damage theories [D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2017: 121−129.
    [15] 杨周, 郭丙帅, 张义民, 等. 基于随机载荷和强度退化的可靠性灵敏度分析 [J]. 东北大学学报(自然科学版), 2019, 40(5): 678–693. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2019.05.014.

    YANG Z, GUO B S, ZHANG Y M, et al. Reliability sensitivity analysis based on random load and strength degradation [J]. Journal of Northeastern University (Natural Science), 2019, 40(5): 678–693. DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2019.05.014.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-23
  • 修回日期:  2020-07-16
  • 刊出日期:  2021-01-05

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