蒙特卡罗法在机械可靠性设计中的应用

本文介绍了蒙特卡罗法在求应力-强度分布干涉理论的可靠度中的应用。并求出应力和强度的分布,计算结构可靠度。     

非恒定增压式微尺度拉瓦尔喷管流动特性

针对微尺度喷流在航天器运动状态切换时出现的非恒定增压变化,采用直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法对阶跃式增压和线性式增压两种模式下的微尺度拉瓦尔喷管流场进行了模拟,并对其变化过程中的流动特性进行了对比分析。结果显示：阶跃式增压会导致流动特性出现较大幅值的峰谷式波动,而线性式增压下的流动特性则呈现出线性变化的特点;黏性力对微尺度喷流的非恒定增压变化产生了重要的黏滞作用,在喉部扩张段至出口的流场中尤为明显;在设定的条件下,阶跃式增压过程中喷流产生的总冲量较线性式增压高59.5%,质量流量高74.7%,单位工质提供的冲量低约8.6%,波动性也高于线性式模型,阶跃式增压适用于系统需要较大推力改变运动状态且推进剂充足的情况,而线性式增压在系统精确微调或需要推进剂产生更高效能时具有明显的优势。     

航天员受银河宇宙线辐射的剂量计算

在近地空间(LEO)和深空探测中,航天员遭受的辐射风险主要来自于银河宇宙线(GCR)照射.银河宇宙线的辐射剂量是航天员辐射风险评价的基础.国际放射防护委员会(ICRP)于2013年提出了新的航天员空间辐射剂量估算方法,以更准确给出空间重离子辐射的剂量.基于此方法,开发了宇宙线粒子在物质中输运的蒙特卡罗程序,并在程序中实现用中国成年男性人体数字模型来仿真航天员.采用该程序计算了粒子(Z=1~92)各向同性照射航天员时器官的通量-器官剂量转换因数,并估算出航天员在近地轨道空间受银河宇宙线辐射的剂量.     

Gravity wave momentum flux generation close to mid-latitude Andes in mesoscale simulations of late 20th and 21st centuries

Adequate representations of diverse dynamical processes in general circulation models (GCM) are necessary to obtain reliable simulations of the present and the future. The parameterization of orographic gravity wave drag (GWD) is one of the critical components of GCM. It is therefore convenient to evaluate whether standard orographic GWD parameterizations are appropriate. One alternative is to study the generation of gravity waves (GW) with horizontal resolutions that are higher than those used in current GCM simulations. Here we assess the seasonal pattern of topographic GW momentum flux (GWMF) generation for the late 20th and 21st centuries in a downscaling using the Rossby Centre regional atmospheric model under the Intergovernmental Panel on Climate Change A1B emission conditions. We focus on one of the world’s strongest extra-tropical GW zones, the Andes Mountains at mid-latitudes in the Southern Hemisphere. The presence of two GCM sub-grid scale structures locally contributing to GWMF (one positive and one negative) is found to the East of the mountains. For the late 21st century the strength of these structures during the GW high season increases around 23% with respect to the late 20th century, but the GWMF average over GCM grid cell scales remains negative and nearly constant around −0.015 Pa. This constitutes a steady significant contribution during GW high season, which is not related to the GWMF released by individual sporadic strong GW events. This characteristic agrees with the fact that no statistically significant variation in GWMF at source level has been observed in recent GCM simulations of atmospheric change induced by increases in greenhouse gases.     

截断分布下广义失效概率的可靠性分析方法

提出基于随机变量为截断分布和失效域模糊下的结构可靠性分析方法。由于常规的可靠性分析方法不能直接用于截断分布情况下广义失效概率的计算,因此,先将截断分布情况下的可靠性分析模型转化为非截断分布情况下的多模式并联系统模型,在此基础上引入模糊失效域的隶属函数,将截断分布情况下的模糊可靠性分析问题转化为一般的随机可靠性问题,利用Monte Carlo法和重要抽样法求得广义失效概率。给出了方法的实现步骤和原理,并用不同算例验证了方法的合理性与可行性。     

多航天器协同探测效能影响参数不确定性分析

为解决传统基于蒙特卡洛仿真的探测效能不确定性分析评价方法中时间效率低,参数关系映射单一的问题,提出一种基于神经网络的不确定性分析方法,利用人工神经网络在拟合回归分析上的非线性特性,设计了能够替代复杂系统的神经网络结构,能够通过少量仿真计算结果作为训练样本实现模型的收敛并能有效反映被替代系统的原有特性。选择以一个多航天器的天文观测任务作为典型用例,建立了仿真分析模型,并与蒙特卡洛仿真方法结果进行了对比,验证了此方法的准确性和计算效率。     

基于蒙特卡罗法辐射传递系数的统计分析

文章基于蒙特卡罗方法定义了表面热辐射换热辐射传递系数的表达式,确定其概率分布和置信度水平并进行统计分析。推导封闭腔内辐射传递系数的相对和绝对误差公式,为求解辐射传递系数所需追踪射线数量提供参考依据。     

空间光学系统中内部构件热辐射引起的谱段杂散辐射

对空间光学系统中由于内部构件热辐射而引起谱段杂散辐射,建立了谱段辐射物理模型和采用蒙特卡罗方法计算的有关概率模型及计算方法。编制了较通用的分析软件,并针对某一空间光学系统进行了计算,通过分析计算结果得到一些有益的结论。     

疲劳裂纹扩展速率da/dN的蒙特卡罗模拟

用蒙特卡罗法模拟分析疲劳裂纹扩展速率,确定了算式中的参数分布规律及相关性。通过计算数据与试验数据的对比分析,证明蒙特卡罗法模拟结果合理、可靠。     

高超声速气流非结构化网格DSMC算法研究

高超声速气动热力学环境的研究是直接涉及飞行器轨道控制、热防护设计的关键问题之一。文章通过研究稀薄气体热化学非平衡态中的热力学环境,采用非结构化DSMC程序对“火星探路者号”（Mars Pathfinder）探测器的Ballute减速装置在地球大气层和火星大气层中的高超声速飞行进行了数值模拟,计算得到了流场的温度分布、探测器壁面的热流密度分布,分析表明稀薄气体热化学非平衡态对飞行器流场有影响。将仿真结果与NASA兰利研究中心的计算结果作了比较,二者吻合很好。研究结果可用于飞行器热防护设计。