基于自适应和投影Wiener混沌的圆筒实验不确定度量化

梁霄 王瑞利

梁霄, 王瑞利. 基于自适应和投影Wiener混沌的圆筒实验不确定度量化[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(4): 041408. doi: 10.11883/bzycj-2018-0253
引用本文: 梁霄, 王瑞利. 基于自适应和投影Wiener混沌的圆筒实验不确定度量化[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(4): 041408. doi: 10.11883/bzycj-2018-0253
LIANG Xiao, WANG Ruili. Uncertainty quantification of cylindrical test through Wiener chaos with basis adaptation and projection[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(4): 041408. doi: 10.11883/bzycj-2018-0253
Citation: LIANG Xiao, WANG Ruili. Uncertainty quantification of cylindrical test through Wiener chaos with basis adaptation and projection[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(4): 041408. doi: 10.11883/bzycj-2018-0253

基于自适应和投影Wiener混沌的圆筒实验不确定度量化

doi: 10.11883/bzycj-2018-0253
基金项目: 科学挑战专题(TZ2018001);国家自然科学基金(91630312); 国防科工局国防基础科研计划(C1520110002);山东省自然科学基金(ZR2017BA014);山东科技大学公派访学基金(0103004)
详细信息
    作者简介:

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

    通讯作者:

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

  • 中图分类号: O385

Uncertainty quantification of cylindrical test through Wiener chaos with basis adaptation and projection

  • 摘要:

    由于炸药爆轰现象的复杂性和人们对它的认知缺陷,其表征爆轰流体力学过程的物理数学模型具有较强的不确定性,要降低基于爆轰建模与模拟的数值结果做出决策的风险,量化和评估不确定输入对爆轰系统输出结果的影响尤为重要。本文中针对具有高维随机变量的爆轰问题的不确定度量化,使用自适应基函数的Wiener混沌方法、耦合旋转变换和投影方法,减少截断空间的长度。针对输入变量相关性,使用Rosenblatt变换使其相互独立。针对不符合标准正态分布的变量使用等概率原则,将它化为标准正态分布。最后,使用自主研发的具有完全知识产权的爆轰数值模拟软件LAD2D, 研究了具有高维不确定参数的圆筒实验的不确定度量化,给出期望、标准差、置信区间等统计信息,所得问题与实验数据比对,从而确认了模型的有效性。

  • 图  1  不确定度的概率密度函数

    Figure  1.  Probability density function of uncertainty

    图  2  圆筒实验装置示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of cylinder test

    图  3  JOB-9003圆筒实验结果

    Figure  3.  Experimental results of JOB-9003 in cylinder test

    图  4  管壁位置的期望与标准差

    Figure  4.  Expectation and standard deviation of cylindrical wall position

    图  5  管壁速度的期望与标准差

    Figure  5.  Expectation and standard deviation of cylindrical wall velocity

    图  8  实验数据和计算结果的置信区间的局部放大图

    Figure  8.  Local enlargement confidence intervals of experimental and simulation results

    图  6  管壁位置和速度的置信区间

    Figure  6.  Confidence intervals of position of cylindrical wall position and velocity

    图  7  实验数据和计算结果的置信区间

    Figure  7.  Confidence intervals of experimental and simulation results

    表  1  爆轰流体力学中的不确定度来源

    Table  1.   Sources of uncertainty in detonation hydrodynamics

    符号不确定度描述概率分布
    ${\xi _1}$${n_{\rm{b}}}$可调参数${n_{\rm{b}}}\simfont\text{~} {B}[{\alpha _{{{n}_{\rm{b}}}}},{\beta _{{{n}_{\rm{b}}}}},{a_{{{n}_{\rm{b}}}}},{b_{{{n}_{\rm{b}}}}}]$
    ${\xi _2}$${r_{\rm{b}}}$可调参数${r_{\rm{b}}}\simfont\text{~} {B}[{\alpha _{{{r}_{\rm{b}}}}},{\beta _{{{r}_{\rm{b}}}}},{a_{{{r}_{\rm{b}}}}},{b_{{{r}_{\rm{b}}}}}]$
    ${\xi _3}$${R_1}$JWL EOS系数${R_1}\simfont\text{~} {B}[{\alpha _{{\rm{R}_1}}},{\beta _{{\rm{R}_1}}},{a_{{\rm{R}_1}}},{b_{{\rm{R}_1}}}]$
    ${\xi _4}$${R_2}$JWL EOS系数${R_2}\simfont\text{~} {B}[{\alpha _{{\rm{R}_2}}},{\beta _{{\rm{R}_2}}},{a_{{\rm{R}_2}}},{b_{{\rm{R}_2}}}]$
    ${\xi _5}$$\omega $JWL EOS系数$\omega \simfont\text{~} {B}[{\alpha _{{\omega}} },{\beta _{{\omega}} },{a_{{\omega}} },{b_{{\omega}} }]$
    ${\xi _6}$${a_{\rm{NR}}}$N-R人为黏性系数${a_{\rm{NR}}}\simfont\text{~} {B}[{\alpha _{{{a}_{\rm{NR}}}}},{\beta _{{{a}_{\rm{NR}}}}},{a_{{{a}_{\rm{NR}}}}},{b_{{{a}_{\rm{NR}}}}}]$
    ${\xi _7}$${a_{\rm{L}}}$Landshoff人为黏性系数${a_{\rm{L}}}\simfont\text{~} {B}[{\alpha _{{{a}_{\rm{L}}}}},{\beta _{{{a}_{\rm{L}}}}},{a_{{{a}_{\rm{L}}}}},{b_{{{a}_{\rm{L}}}}}]$
    ${\xi _8}$γGruneissen系数$\gamma \simfont\text{~} {B}[{\alpha _{{\gamma}} },{\beta _{{\gamma}} },{a_{{\gamma}} },{b_{{\gamma}} }]$
    ${\xi _9}$σ体积起爆阈值$\sigma \simfont\text{~}{B}[{\alpha _\sigma },{\beta _\sigma },{a_\sigma },{b_\sigma }]$
    ${\xi _{10}}$$\rho $TNT初始密度${N}\left({{\mu }_{{\rho}}},\ \sigma _{{\rho}} ^{2} \right)$
    ${\xi _{11}}$${t_{\rm{b}}}$起爆时间${{t}_{\rm{b}}}\simfont\text{~}{B}[{{\alpha }_{{{{t}}_{\rm{b}}}}},{{\beta }_{{{{t}}_{\rm{b}}}}},{{a}_{{{{t}}_{\rm{b}}}}},{{b}_{{{{t}}_{\rm{b}}}}}]$
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-10
  • 修回日期:  2018-10-01
  • 网络出版日期:  2019-04-25
  • 刊出日期:  2019-04-01

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