• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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基于多项式混沌方法对C-J爆轰参数不确定度的分析

梁霄 王瑞利 胡星志 陈江涛

张玉磊, 苏健军, 李芝绒, 蒋海燕, 仲凯, 王胜强. TNT内爆炸准静态压力特性[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(6): 1429-1434. doi: 10.11883/bzycj-2017-0170
引用本文: 梁霄, 王瑞利, 胡星志, 陈江涛. 基于多项式混沌方法对C-J爆轰参数不确定度的分析[J]. 爆炸与冲击, 2023, 43(10): 104202. doi: 10.11883/bzycj-2023-0030
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Citation: LIANG Xiao, WANG Ruili, HU Xingzhi, CHEN Jiangtao. Uncertainty analysis of C-J detonation parameters based on polynomial chaos theory[J]. Explosion And Shock Waves, 2023, 43(10): 104202. doi: 10.11883/bzycj-2023-0030

基于多项式混沌方法对C-J爆轰参数不确定度的分析

doi: 10.11883/bzycj-2023-0030
基金项目: 国家自然科学基金(12171047);国家自然科学基金-中国工程物理研究院联合基金(U2230208);国家数值风洞工程(NNW2019ZT7-A13);山东省自然科学基金(ZR2021MA056)
详细信息
    作者简介:

    梁 霄(1984- ),男,博士,副教授,mathlx@163.com

    通讯作者:

    王瑞利(1964- ),男,博士,研究员, wang_ruili@iapcm.ac.cn

  • 中图分类号: O383

Uncertainty analysis of C-J detonation parameters based on polynomial chaos theory

  • 摘要: Chapman-Jougeut理论是预测波后爆轰物理量状态的有力工具,但以往的研究未考虑模型中的不确定因素及其影响。事实上,不确定度会影响数值模拟的预测能力和可靠性。首先,通过剖析爆轰机理,深入挖掘爆轰建模与模拟中的不确定因素。假设PBX-9502的初始密度和爆速服从对数正态分布,结合真实的试验数据,通过参数估计和Anderson-Darling假设检验法标定初始密度和爆速的概率密度函数。Beta分布用以定量刻画没有物理意义的、唯象参数的不确定度,形状参数和支集源于工程经验。Rosenblatt变换将相关的、非Gauss随机变量转化成相互独立的标准正态分布。然后,使用非嵌入多项式混沌研究高维爆轰不确定度传播。具体而言,针对一元多项式混沌,正交多项式通过Gauss-Hilbert空间中的Gram-Schmidt方法导出,六点Gauss求积方法用以计算多项式混沌的系数。使用权重和Gauss求积点的全张量积计算多元多项式混沌。最后,通过多元多项式混沌得到感兴趣量的概率密度函数以及对应的期望、标准差和置信区间等Gauss统计量。研究结果表明:波后压力波动较大,置信区间较宽,与孙承纬的“爆轰压力测量值分散性较大”的结论相吻合。同时感兴趣量的试验结果落入模拟结果的置信区间内,研究结果能增强模型的可靠性和鲁棒性。所用方法可扩展到更加复杂状态方程的爆轰系统。
  • 图  1  爆轰波在高能炸药中的传播示意图

    Figure  1.  Sketch of propagation of detonation wave into high explosive

    图  2  PBX-9502初始密度的概率密度函数

    Figure  2.  PDF of initial density of PBX-9502

    图  3  PBX-9502爆速的概率密度函数

    Figure  3.  PDF of detonation velocity of PBX-9502

    图  4  多方指数γ的概率密度函数

    Figure  4.  PDF of polytrophic exponent γ

    图  5  不确定分析算法流程图

    Figure  5.  Flow chart of uncertainty analysis

    图  6  二维全张量积Gauss-Hermite求积点的位置

    Figure  6.  Locations of Gauss-Hermite quadrature points used for two-dimensional tensor product

    图  7  前6阶单变量Hermite多项式

    Figure  7.  The first six orders of univariate Hermite polynomials

    图  8  系统响应量的概率密度函数

    Figure  8.  PDF of system response quantities

    表  1  6节点Hermite-Gauss积分的求积点和权重[21]

    Table  1.   Quadrature points and weights for Hermite-Gauss integration with six points[21]

    ξr wi ξr wi ξr wi
    –3.324 26 0.002 56 –0.616 71 0.408 83 1.889 18 0.088 62
    –1.889 18 0.088 62 0.616 71 0.408 83 3.324 26 0.002 56
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    表  2  波后感兴趣量的试验和统计结果

    Table  2.   Statistical and experimental result of QoIs at the rear of the shock wave

    波后感兴趣量 ρJ/(g·cm−3) UJ/(m·s−1) pJ/GPa
    平均值 2.529 1 943 28.410
    置信区间下限 2.524 1 789 24.010
    置信区间上限 2.534 2 108 33.390
    试验数据[24] 2.525 1 922 28.301
    标准差 0.003 81 2.376
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  • 收稿日期:  2023-02-07
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  • 刊出日期:  2023-10-27

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