电源电路抗γ总剂量辐射性能建模与裕量与不确定性量化评估

针对电源电路抗总剂量辐射性能评估问题,建立了元器件和电路的性能模型,并搭建测试电路对模型进行了测试。开展了辐照敏感关键元器件的总剂量辐照试验,获取了元器件关键参数随累积总剂量变化的实验数据,将参数变化规律注入模型,开展了电源电路抗辐射性能仿真,获得了电路关键特征参数输出电压随累积总剂量的变化规律。采用裕量与不确定性量化(QMU)方法对电源电路的抗辐射性能进行评估,并与电路实际辐照实验结果进行对比,结果表明,QMU评估结果与实际实验结果保持了较好的一致性。     

核电站最小安全系统电磁脉冲效应试验研究

高空电磁脉冲(HEMP)可通过线缆、孔缝等耦合通道进入电子设备,对各种电子化设备造成暂时甚至永久损伤。考虑到核电站的安全防护等级要求极高,因此有必要研究强电磁脉冲作用下核电站内电子系统的易损性和薄弱环节。首先确定并搭建了核电站最小安全系统模拟试验系统,包括电气、仪控系统和时钟同步系统; 搭建满足GJB 8848-2016规定的威胁级辐照试验平台; 然后对核电站最小安全系统进行辐照效应试验。利用试验数据及效应现象,初步分析了核电站最小安全系统在强电磁脉冲作用下的效应规律,发现HEMP对核电站最小安全系统具有一定程度的威胁,但未影响其核心关键职能。通过总结效应现象、分析薄弱环节和效应阈值,为接下来核电站最小安全系统的易损性评估和防护策略的制定提供依据。     

电气线路互联系统线缆抗高空核电磁脉冲耦合效应

高空核电磁脉冲（HEMP）对电子设备的耦合途径主要有两方面:一方面是通过装备（产品）上的天线耦合通道进入到电子系统内的“前门耦合”方式;另一方面则是“后门耦合”,即通过装备（产品）上的壳体、电源线、电缆、机箱的缝隙、孔洞等途径进行耦合。主要研究电气线路互联系统(EWIS)线缆抗高空核电磁脉冲耦合效应,通过研究HEMP干扰的特征、能量分布,搭建HEMP数学模型,采用控制变量法,改变EWIS线缆类型、离地高度等要素,通过在CST上建立仿真模型以及开展试验,分析HEMP对电子设备造成的影响程度,得到HEMP耦合效应的一般性结论与规律。     

考虑参数不确定性的高空电磁脉冲E1分量环境计算及分析

高空电磁脉冲的早期分量幅值高、频谱宽、分布范围广,是高空核爆的电磁效应的重要组成部分。分析了国内外高空电磁脉冲早期分量仿真计算法的研究进展,并选取基于高频近似并考虑电子与电磁场自洽作用的EXEMP算法进行详细介绍,通过数值计算结果总结了高空电磁脉冲的时域波形和空间分布随场源当量、爆高等参数变化的规律,与IEC标准约定的波形时域和空间特征一致。针对HEMP计算中部分参数的不确定性,分析参数取值偏差和波动对电磁脉冲计算结果的影响,使用多项式混沌方法联合Sobol全局敏感度指标对其进行不确定量化,得到电磁脉冲关键值可能分布的上下界、分布的概率密度等信息,分析各参数在特定取值范围内对电磁脉冲特征参数的影响及联合影响。     

基于D-S理论的靶压幅度不确定性量化方法

 针对关键参数测试样本数有限的情况下,概率理论、区间分析等方法在对输出靶压幅度进行不确定性定量评价时存在局限性和不合理性,将D-S理论引入到靶压幅度的不确定性量化中,根据小子样测试信息得出不确定性参数的基本信任分配,以信任函数和似然函数构造靶压幅度的上下界概率分布,并以Monte Carlo方法求解。实验和仿真得出了靶压幅度的近似概率分布、置信区间及期望值分布区间等信息,并表明：与传统的概率方法相比,该方法避免了根据小样本测试信息构造概率分布的难题;与区间分析方法相比,该方法可得到更丰富的信息。     

抗辐射能力量化设计方法

抗辐射能力表现为系统技术性能对辐射损伤的敏感程度。抗辐射能力是设计、生产出来的。抗辐射量化设计能力是抗辐射加固技术发展水平的重要标志。根据QMU(性能阈值、裕量和不确定度)的思想,提出量化抗辐射设计,第一要优化系统总体设计,为辐射损伤敏感的技术性能合理地分配裕量;第二要量化系统工作的辐射环境及其不确定度,量化在实际工作的辐射环境中,辐射损伤引起的系统及其器件和结构的技术性能变化和不确定度,综合优化抗辐射措施,确保技术性能变化及其不确定度被有效控制在分配的裕量范围内,最后量化加固设计效果,预测系统抗辐射能力。     

基于数值模拟的QMU决策体系

裕度及不确定度量化方法（Quantification of Margin and Uncertainty,QMU）能够基于裕度及其不确定度信息对系统是否达到其指标要求进行科学的判断与决策.借助新的数值模拟不确定度量化方法,建立基于数值模拟预测及其不确定度的QMU决策技术体系.结合库存产品可靠性评估的实例,展示该体系的主要思想及其实现过程.     

两种高空核爆电磁脉冲下电话机的效应异同性及概率分布

 利用分布式负载有界波电磁脉冲模拟器提供的电磁环境,试验研究了电话机在我国推荐的1976 HEMP和IEC61000-2-9推荐的1996 HEMP两种波形环境激励下的效应异同性,以及效应的概率分布,应用频谱分析和电磁范数对效应机制进行了分析。结果表明:对于电话机通话中断效应,1996 HEMP要比1976 HEMP的效应阈值稍低,其效应的概率分布可用正态分布来拟合。     

高温叶片换热性能不确定性量化

结合共轭换热分析方法和基于拉丁超立方采样与Kriging近似模型的蒙特卡罗方法,提出了高温叶片换热性能不确定性量化方法。在量化主流进口总压、总温、湍流强度以及冷气进口总压四个运行参数的不确定性的基础上,对高温叶片MarkII进行了换热性能不确定性量化。分析了不确定性工况参数对叶片最高温度和最大温度梯度两个关键随机输出参数的影响,并通过设定最高温度和最大温度梯度的临界值,进行了可靠性分析。计算结果表明,不确定性参数可导致叶片最高温度增加42.3 K,最大温度梯度增加2.20 K·mm~(-1);最高温度下和最大温度梯度下的可靠度分别为94.2%和97.0%;主流进口总温不确定性对叶片换热性能和寿命影响最大。     

模拟器电磁场与实际电磁场耦合响应等效计算

辐射波模拟器产生的脉冲电磁环境能够近似模拟高空核爆电磁脉冲（HEMP）的自由场, 然而在实际HEMP威胁环境中, 施加在地面设备上的电磁场是电磁脉冲入射波与地面反射波的合成场。通过计算不同入射情况下, HEMP自由辐射场经损耗地面反射叠加形成的总电场, 对比其与初始入射场的强度及波形变化, 分析了地面附近合成电磁场的特点。提出一种将模拟环境效应与实际环境效应进行等效转换的计算方法, 应用该方法计算了入射波电场45极化情况下的模拟环境效应修正因子。分析计算结果, 建议在开展HEMP效应的辐射波模拟试验中, 应将受试设备放在至少三个相互正交的方向上进行测试, 同时适当减小模拟器产生电磁脉冲的宽度。     

电源系统抗伽玛总剂量辐射能力评估方法

 为了评估某电源系统抗伽玛总剂量辐射能力,研究了评估电子系统抗伽玛总剂量辐射能力的QMU方法。为获得应用QMU方法所需的输入量,提出了以蒙特卡罗方法和SPICE电路模拟相结合的分析方法,用以确定受伽玛辐照后系统性能参数的裕量及不确定度。应用QMU方法对电源系统抗伽玛总剂量能力进行了评估,将评估结果和实验结果进行了比较,验证了方法的可行性。     

Numerical approach for quantification of epistemic uncertainty

In the field of uncertainty quantification, uncertainty in the governing equations may assume two forms: aleatory uncertainty and epistemic uncertainty. Aleatory uncertainty can be characterised by known probability distributions whilst epistemic uncertainty arises from a lack of knowledge of probabilistic information. While extensive research efforts have been devoted to the numerical treatment of aleatory uncertainty, little attention has been given to the quantification of epistemic uncertainty. In this paper, we propose a numerical framework for quantification of epistemic uncertainty. The proposed methodology does not require any probabilistic information on uncertain input parameters. The method only necessitates an estimate of the range of the uncertain variables that encapsulates the true range of the input variables with overwhelming probability. To quantify the epistemic uncertainty, we solve an encapsulation problem, which is a solution to the original governing equations defined on the estimated range of the input variables. We discuss solution strategies for solving the encapsulation problem and the sufficient conditions under which the numerical solution can serve as a good estimator for capturing the effects of the epistemic uncertainty. In the case where probability distributions of the epistemic variables become known a posteriori, we can use the information to post-process the solution and evaluate solution statistics. Convergence results are also established for such cases, along with strategies for dealing with mixed aleatory and epistemic uncertainty. Several numerical examples are presented to demonstrate the procedure and properties of the proposed methodology.     

两种高空核爆电磁脉冲电缆耦合效应的比较

 有关高空核爆电磁脉冲(HEMP)的标准，我国推荐的1976 HEMP和IEC推荐的1996 HEMP的早期波形是不同的。针对两种HEMP标准，采用传输线方程计算了不同长度电缆受HEMP影响的情况，结果表明电缆的1976 HEMP早期耦合效应较1996 HEMP早期耦合效应要严重的多。     

高空核电磁脉冲模拟波形的双指数函数拟合法

 许多标准和公开出版物中都用双指数函数描述高空核电磁脉冲典型波形。通过数值方法，研究了双指数函数一项重要的性质。根据该性质，详细讨论了高空核电磁脉冲模拟波形数值拟合中，双指数函数特征参数与脉冲峰值、前沿、后沿以及半宽等物理参数的关系，从而提出一种简单有效的脉冲参数计算方法。通过IEC标准中规定的高空核电磁脉冲参数的估计与一个实测高空核电磁脉冲模拟波形的数值拟合，验证了该方法的有效性和可靠性。该方法能够适应多种峰值、前沿和半宽的高宽核电磁脉冲模拟波形的数值拟合。     

核安保典型系统电磁脉冲效应试验研究

高空电磁脉冲(HEMP)是一种能够通过场线或孔缝耦合到各种电子电气设备内部的暂态电磁波,该电磁能量会对正常工作的电子电气设备造成干扰甚至永久性损伤。为了确保关键部门的安保系统能够在电磁脉冲环境下正常工作,有必要针对安保系统进行电磁脉冲效应试验,分析该种类型系统在电磁脉冲环境下的薄弱环节和生存能力。针对核安保典型系统拓扑结构,搭建了电磁脉冲辐照试验和脉冲电流注入试验平台,并通过试验获取了报警分机、门禁主机、报警中心端等核安保典型系统关键部件的电磁脉冲效应阈值和效应现象。进一步结合各部件的电路原理分析了关键部件的失效机理,总结了核安保典型系统的薄弱环节,为后续安保系统的防护加固设计提供数据支撑。