馬文濤，穆慧娜，秦國(guó)圣，劉 煒，曾曉云

（1.北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081； 2.陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所，陜西 西安 710061）

0 引 言

火工品是武器、彈藥及其他燃爆裝置的關(guān)鍵元件，用于點(diǎn)燃、起爆火炸藥，對(duì)裝置完成啟動(dòng)或做功程序［1］。隨著武器裝備的發(fā)展，高可靠性和安全性的火工品獲得了快速發(fā)展，沖擊片雷管技術(shù)是最具代表性的成果。在美國(guó)第28 屆引信年會(huì)上Gate［2］提出了極端鈍感爆轟物質(zhì)起爆系統(tǒng)的概念，即通過多發(fā)沖擊片雷管同步起爆產(chǎn)生的爆轟波相互疊加，在中心區(qū)域內(nèi)形成超壓爆轟，使得區(qū)域爆轟波壓力超過下級(jí)裝藥的起爆閾值。由于多點(diǎn)陣列沖擊片雷管具有小型化、高威力、高可靠性、高安全性的特點(diǎn)，能夠滿足未來戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)起爆系統(tǒng)的起爆要求，已在鈍感彈藥系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，例如美軍標(biāo)MIL-STD-2105 試驗(yàn)、“標(biāo)槍、長(zhǎng)弓”反坦克導(dǎo)彈等［3］。多點(diǎn)陣列沖擊片雷管作為起爆系統(tǒng)的始發(fā)元器件，其作用可靠性直接影響起爆系統(tǒng)的可靠性，因此對(duì)其開展可靠性設(shè)計(jì)方法研究具有重要理論意義和工程價(jià)值。

沖擊片雷管可靠性設(shè)計(jì)是將可靠性的理論和方法應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，即在滿足技術(shù)指標(biāo)的前提下，通過合適的方法調(diào)整影響輸入和輸出可靠性的設(shè)計(jì)參數(shù)值，使其技術(shù)性能、制造成本、使用壽命達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決沖擊片雷管的“優(yōu)生”問題。在此原則下，多點(diǎn)陣列沖擊片雷管中各級(jí)單元的輸出性能與各界面間的結(jié)構(gòu)參數(shù)匹配問題是其可靠性設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。針對(duì)上述多點(diǎn)陣列沖擊片雷管的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，許多專家學(xué)者對(duì)其設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究［4-5］。韓克華［6］等為探究相同裝藥量條件下不同數(shù)量藥柱陣列對(duì)沖擊片雷管輸出壓力的影響，對(duì)不同陣列數(shù)量條件下的輸出壓力值進(jìn)行了數(shù)值模擬，對(duì)比分析得出四點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)為最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。郭菲［7］等為提高沖擊片雷管的作用可靠度，采用雙裕度系數(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了沖擊片雷管的作用可靠性。綜上所述，目前針對(duì)多點(diǎn)陣列沖擊片雷管輸出可靠性設(shè)計(jì)的研究相對(duì)較少，缺少可靠性指標(biāo)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)之間的量化模型，對(duì)可靠度和設(shè)計(jì)裕度之間缺乏定量認(rèn)識(shí)，對(duì)其設(shè)計(jì)成本、周期、可靠性的滿足程度無法進(jìn)行科學(xué)化評(píng)估。

鑒于此，本研究提出一種多點(diǎn)陣列沖擊片雷管的輸出可靠性設(shè)計(jì)方法，采用AUTODYN 對(duì)不同工況下多點(diǎn)陣列的爆轟過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，構(gòu)建了產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)與爆轟輸出壓力之間的函數(shù)模型，結(jié)合可靠性設(shè)計(jì)理論，給出了滿足輸出界面可靠性指標(biāo)要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。

1 多點(diǎn)陣列沖擊片雷管輸出界面結(jié)構(gòu)及作用原理

本研究以沖擊片雷管四點(diǎn)陣列輸出界面為例開展研究，主要結(jié)構(gòu)包括HNS-Ⅳ藥柱、鈍感炸藥LLM-105、殼體，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。該輸出界面的作用過程為HNS-IV 陣列藥柱被起爆后產(chǎn)生爆轟波，在下級(jí)裝藥LLM-105 上表面中心處匯聚形成超壓爆轟，當(dāng)局部爆轟波壓力大于LLM-105 的起爆壓力閾值時(shí)發(fā)生爆炸，從而可以實(shí)現(xiàn)該沖擊片雷管直接起爆不敏感戰(zhàn)斗部主裝藥的功能。

圖1 沖擊片雷管四點(diǎn)陣列輸出界面結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 The diagram of the output interface structure of a Fourpoint Array Exploding Foil Initiator

2 可靠性設(shè)計(jì)方法

根據(jù)沖擊片雷管四點(diǎn)陣列輸出界面的結(jié)構(gòu)特性及作用原理，本研究提出的可靠性設(shè)計(jì)方法如下：

（1）構(gòu)建可靠性量化設(shè)計(jì)模型。將設(shè)計(jì)及安全裕度系數(shù)作為約束條件，基于應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型建立可靠度指標(biāo)與輸出性能參數(shù)之間的量化設(shè)計(jì)模型，獲得滿足可靠性設(shè)計(jì)要求的輸出性能參數(shù)范圍。

（2）建立輸出性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)之間的量化模型。選取四點(diǎn)HNS-Ⅳ陣列輸出壓力作為該界面輸出性能表征參數(shù)，采用AUTODYN 對(duì)該陣列在不同藥柱密度、直徑和高度工況下的輸出壓力進(jìn)行數(shù)值模擬，構(gòu)建輸出壓力與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)之間的量化模型。

（3）對(duì)輸出界面的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)可靠度設(shè)計(jì)值和雙裕度系數(shù)約束值，結(jié)合（1）和（2）的量化模型，獲得滿足可靠性指標(biāo)要求的HNS-Ⅳ藥柱密度、直徑和高度，完成輸出界面的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 構(gòu)建可靠性量化設(shè)計(jì)模型

應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型在工程中被廣泛應(yīng)用，應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論認(rèn)為：可靠性是產(chǎn)品在給定的運(yùn)行條件下對(duì)抗失效的能力，即應(yīng)力與強(qiáng)度相互作用的結(jié)果，當(dāng)產(chǎn)品受到的應(yīng)力大于強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)發(fā)生失效［8］。針對(duì)該輸出界面，從其作用可靠度而言，四點(diǎn)HNS-Ⅳ陣列藥柱的輸出壓力可以看作廣義“強(qiáng)度”，LLM-105 的起爆壓力閾值可以看作廣義“應(yīng)力”，為使其滿足可靠性指標(biāo)要求，該輸出界面可靠度Rf為：

式 中，X為HNS-Ⅳ陣 列 的 輸 出 壓 力，GPa；Y為L(zhǎng)LM-105 的起爆壓力閾值，GPa。

假設(shè)HNS-Ⅳ陣列的輸出壓力X和LLM-105 的起爆壓力閾值Y對(duì)應(yīng)的概率密度函數(shù)分別為f（x）和g（y），可靠度計(jì)算公式為：

由式（2）可得，若已知HNS-Ⅳ陣列的輸出壓力和LLM-105 的起爆壓力閾值的分布模型及參數(shù)就可以計(jì)算可靠度值。反之，若已知要求的可靠度值，由（2）式可反推HNS-Ⅳ陣列輸出壓力分布參數(shù)，該過程即為可靠性設(shè)計(jì)。由于沖擊片雷管四點(diǎn)陣列輸出界面在炸藥選擇、生產(chǎn)及裝配時(shí)會(huì)引入各種不確定性因素，HNS-Ⅳ陣列的輸出壓力和LLM-105 的起爆壓力閾值均具有隨機(jī)性。根據(jù)上述各參數(shù)特性和工程經(jīng)驗(yàn)，分別設(shè)

式中，Φ（·）為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)。

在起爆壓力閾值的分布模型及參數(shù)、設(shè)計(jì)可靠度指標(biāo)Rf已知的情況下，可由式（3）獲得滿足要求的輸出壓力分布參數(shù)。設(shè)HNS-Ⅳ陣列輸出壓力X對(duì)應(yīng)的變差系數(shù)為k，式（3）可轉(zhuǎn)化為：

式中，k=σx/μx，可根據(jù)相似產(chǎn)品的歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得。

則HNS-Ⅳ陣列的輸出壓力均值μx為：

為保障武器系統(tǒng)的可靠性及安全性，多點(diǎn)陣列沖擊片雷管作為傳爆序列的起爆元件，應(yīng)綜合考慮其作用可靠性的設(shè)計(jì)裕度和安全裕度，既要確保下級(jí)裝藥能可靠被起爆，并兼顧上級(jí)裝藥的輸出壓力不會(huì)過度溢出，使得該界面能夠有效傳遞爆轟能量。根據(jù)多點(diǎn)陣列沖擊片雷管輸出界面的成本、技術(shù)條件、復(fù)雜程度等因素確定設(shè)計(jì)裕度為MD和安全裕度MS，則輸出壓力設(shè)計(jì)值μ′x應(yīng)滿足以下約束：

即滿足設(shè)計(jì)可靠度的HNS-Ⅳ陣列輸出壓力設(shè)計(jì)值μ′x應(yīng)在式（6）所示范圍內(nèi)。

2.2 構(gòu)建輸出性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)之間的量化模型

根據(jù)輸出界面的結(jié)構(gòu)及作用過程可知，在藥柱圓心距固定時(shí)，影響四點(diǎn)HNS-Ⅳ陣列輸出壓力的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)為HNS-Ⅳ的藥柱密度ρ、直徑d和高度h（相鄰藥柱間距l(xiāng)）。針對(duì)上述3 個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，采用AUTODYN 對(duì)不同工況下該界面的爆轟傳遞過程進(jìn)行數(shù)值模擬，研究HNS-Ⅳ陣列輸出壓力隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律，構(gòu)建兩者量化模型，模擬工況如表1所示。

表1 模擬工況Table 1 Simulation conditions

2.2.1 有限元模型建立

針對(duì)該沖擊片雷管輸出界面，設(shè)置四點(diǎn)HNS-Ⅳ陣列相鄰圓心距的初始值為5 mm，LLM-105 藥柱直徑為14 mm，高度為6 mm，殼體厚度為1 mm，利用HYPERMESH 建立該界面物理模型，如圖2 所示，HNS-Ⅳ為施主裝藥，LLM-105 為受主裝藥，殼體材料選用STEEL V250。采用單位制為cm-g-μs，模型設(shè)置網(wǎng)格尺寸為0.2 mm，建立有限元計(jì)算模型。采用流固耦合算法定義流體與結(jié)構(gòu)之間的相互作用，其中流體采用Euler 算法，殼體結(jié)構(gòu)采用Lagrange 算法，炸藥爆炸后向結(jié)構(gòu)施加爆轟壓力加載，結(jié)構(gòu)相當(dāng)于流體的邊界條件。四點(diǎn)HNS-Ⅳ陣列考慮同步點(diǎn)起爆，在各自的中心設(shè)置起爆點(diǎn)。分別在HNS-Ⅳ和LLM-105 的中心位置設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)，以LLM-105 藥柱下表面為起點(diǎn)，設(shè)置間隔為0.1 mm 以監(jiān)測(cè)輸出壓力和反應(yīng)度情況，如圖3 所示。

2.2.2 狀態(tài)方程及材料參數(shù)

上級(jí)裝藥材料選取HNS-Ⅳ，通過JWL 狀態(tài)方程描述其爆轟產(chǎn)物的狀態(tài)，JWL 表達(dá)式為：

圖2 沖擊片雷管四點(diǎn)陣列輸出界面物理模型Fig.2 The physical model of the output interface of the Four-point Array Exploding Foil Initiator

圖3 有限元網(wǎng)格模型Fig.3 Finite element mesh model

式中，p為爆轟產(chǎn)物的壓力，GPa，A、B、R1、R2、ω、E0為JWL 狀態(tài)方程參數(shù)，V為相對(duì)體積，具體參數(shù)見表2。

表2 HNS-Ⅳ炸藥材料參數(shù)［9］Table 2 Material parameters of HNS-Ⅳ［9］

2.2.3 模型驗(yàn)證

為提高陣列式起爆界面作用過程模擬的計(jì)算精度，首先對(duì)單HNS-Ⅳ藥柱起爆LLM-105 藥柱的過程進(jìn)行研究，然后設(shè)計(jì)相應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)仿真參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

采用圖4 所示的單點(diǎn)HNS-Ⅳ藥柱模型進(jìn)行模擬，其中HNS-Ⅳ密度為1.55 g·cm-3，直徑為4 mm，高度為4 mm，圖5 為觀測(cè)點(diǎn)7（即LLM-105 上表面中心）的輸出壓力變化曲線?？芍獑吸c(diǎn)HNS-Ⅳ藥柱仿真模擬輸出壓力約為18.5 GPa。

圖4 單點(diǎn)HNS-Ⅳ藥柱仿真模型Fig.4 The simulation model of a single-point HNS-Ⅳ grain

圖5 HNS-Ⅳ爆轟輸出壓力變化曲線Fig.5 The output pressure change curve of the HNS-Ⅳ grain

為驗(yàn)證模擬結(jié)果，利用錳銅壓阻法對(duì)相同尺寸的單點(diǎn)HNS-Ⅳ藥柱爆轟輸出壓力進(jìn)行測(cè)試。為保證測(cè)量精度，使藥柱下表面與1 mm 厚的有機(jī)玻璃緊貼，試驗(yàn)采用微型錳銅壓阻傳感器采集有機(jī)玻璃另一端面處的沖擊波壓力pm1，然后利用沖擊波在有機(jī)玻璃中的衰減規(guī)律推導(dǎo)入射初始沖擊波壓力pm0，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 HNS-Ⅳ藥柱輸出壓力試驗(yàn)結(jié)果［10］Table 3 The results of HNS-Ⅳ grain output pressure test［10］

由表3可得，單點(diǎn)HNS-Ⅳ藥柱的輸出壓力平均值為17.95 GPa，相同結(jié)構(gòu)條件下的仿真結(jié)果為18.5 GPa，相對(duì)誤差僅為3.1%，滿足工程需求。但在仿真計(jì)算中參數(shù)設(shè)置及材料均處于理想狀態(tài)，無法考慮試驗(yàn)過程中由于原材料、加工工藝等因素隨機(jī)性導(dǎo)致的誤差，導(dǎo)致試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果比仿真結(jié)果稍低。

2.2.4 設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)輸出壓力影響規(guī)律研究

2.2.4.1 藥柱密度的影響

按照工況1，在HNS-Ⅳ藥柱高度為4.0 mm，直徑為3.0 mm（相鄰藥柱間距為2.0 mm）的工況下進(jìn)行模擬，研究HNS-Ⅳ陣列藥柱密度對(duì)輸出壓力的影響規(guī)律，圖6 為觀測(cè)點(diǎn)7（即LLM-105 上表面中心）在不同密度條件下的輸出壓力變化曲線。

如圖6 所示，在HNS-Ⅳ藥柱密度為1.40 g·cm-3時(shí)，作用在LLM-105 上表面中心壓力約為6.0 GPa，略大于LLM-105 的起爆壓力閾值5.8 GPa［11］。由于此時(shí)傳入LLM-105 中的沖擊波壓力較小，爆轟成長(zhǎng)所需時(shí)間較長(zhǎng)，因此在LLM-105 內(nèi)部反應(yīng)初期存在一個(gè)壓力緩慢增長(zhǎng)的過程。在藥柱密度分別為1.55 g·cm-3和1.65 g·cm-3時(shí)，作 用 在LLM-105 上 表 面 中 心 壓 約 為20 GPa，遠(yuǎn)大于LLM-105 的起爆壓力閾值，并且LLM-105 內(nèi)部的爆轟波能夠得以迅速成長(zhǎng)。故本論文選取HNS-Ⅳ密度為1.65 g·cm-3進(jìn)行后續(xù)仿真分析。

2.2.4.2 藥柱直徑的影響

按照工況2，在HNS-Ⅳ密度為1.65 g·cm-3，高度為4.0 mm 的工況下進(jìn)行模擬，研究HNS-Ⅳ陣列藥柱直徑對(duì)輸出壓力的影響規(guī)律，圖7 為觀測(cè)點(diǎn)7（即LLM-105 上表面中心）在不同直徑條件下的輸出壓力變化曲線。

圖7 不同直徑條件下匯聚到LLM-105 上表面中心壓力變化曲線Fig.7 The pressure change curves converged to the upper surface center of the LLM-105 on different diameter conditions

如圖7a所示，藥柱直徑為1.5 mm 時(shí)（相鄰藥柱間距為3.5 mm），匯聚到LLM-105上表面中心壓力最大值約為3.2 GPa，遠(yuǎn)小于LLM-105 的起爆壓力閾值，不能起爆。此時(shí)輸出界面的反應(yīng)度情況（ALPHA）如圖8所示。

如圖7b 所示，藥柱直徑為2.4 mm 時(shí)（相鄰藥柱間距為2.6 mm），匯聚到LLM-105 上表面中心壓力約為6.1 GPa，大于LLM-105 的起爆壓力閾值，可以被起爆，但此時(shí)LLM-105 內(nèi)部的爆轟波成長(zhǎng)較為緩慢。由圖7c～7f 可 知，直 徑 為3.0～5.0 mm 時(shí)，匯 聚 到LLM-105 上表面中心壓力均達(dá)到15 GPa 以上，炸藥迅速發(fā)生反應(yīng)并成長(zhǎng)為爆轟。不同直徑條件下匯聚到LLM-105 上表面中心壓力如表4 所示。

2.2.4.3 藥柱高度的影響

按照工況3，在HNS-Ⅳ藥柱密度為1.65 g·cm-3，直徑為3.0 mm（相鄰藥柱間距為2.0 mm）的工況下進(jìn)行模擬，研究HNS-Ⅳ陣列藥柱高度對(duì)輸出壓力的影響規(guī)律，圖9 為觀測(cè)點(diǎn)7（即LLM-105 藥柱上表面中心）在不同高度條件下的輸出壓力變化曲線。

圖8 藥柱直徑為1.5 mm 時(shí)輸出界面的反應(yīng)度Fig.8 The reactivity of the output interface when the grain diameter is 1.5 mm

表4 不同直徑條件下匯聚到LLM-105 上表面中心的壓力Table 4 The upper surface central pressure of the LLM-105 on different diameter conditions

如圖9a 所示，HNS-Ⅳ藥柱高度為2.0 mm 時(shí)，匯聚到LLM-105 上表面中心壓力約為6.3 GPa，大于LLM-105 的起爆壓力閾值，可以完成起爆，但LLM-105 內(nèi)部爆轟波成長(zhǎng)較為緩慢。由圖9b～9e 可知，高度為3.2～6.0 mm 時(shí)，匯聚到LLM-105 上表面中心壓力均達(dá)到15 GPa 以上，且隨著高度的增加而增大。在強(qiáng)壓力作用下，LLM-105 迅速發(fā)生反應(yīng)并成長(zhǎng)為爆轟。不同高度條件下匯聚到LLM-105 的上表面中心壓力如表5 所示。

2.2.5 構(gòu)建輸出壓力與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的量化模型根據(jù)上述仿真結(jié)果，在HNS-Ⅳ藥柱密度為1.65 g·cm-3時(shí)，采用MATLAB 的三次插值法建立四點(diǎn)HNS-Ⅳ陣列輸出壓力P與藥柱直徑d、高度h之間的量化模型，結(jié)果如圖10 所示。根據(jù)該模型可以給出不同輸出壓力下對(duì)應(yīng)的藥柱直徑d和高度h，亦可獲得不同藥柱直徑d和高度h下對(duì)應(yīng)的輸出壓力。

圖9 不同高度條件下匯聚到LLM-105 上表面中心壓力變化曲線Fig.9 The pressure change curves converged to the upper surface center of the LLM-105 on different height conditions

表5 不同高度條件下匯聚到LLM-105 上表面中心壓力Table 5 The upper surface central pressure of the LLM-105 on different height conditions

3 可靠性設(shè)計(jì)方法應(yīng)用

采用技術(shù)人員選用的設(shè)計(jì)及安全裕度作為約束，令設(shè)計(jì)裕度MD= 1.2，安全裕度MS= 1.5，代入式（6），可得同時(shí)滿足該輸出界面作用可靠度雙裕度系數(shù)約束條件的HNS-IV 陣列輸出壓力設(shè)計(jì)值范圍為：7.07 ≤μ′x≤8.70

將獲得的壓力范圍將代入圖10 的量化模型中，可得滿足輸出界面作用可靠性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)組。表6列出了4 組典型的設(shè)計(jì)結(jié)果。

假設(shè)實(shí)際工程中，選取結(jié)構(gòu)2 進(jìn)行設(shè)計(jì)，由圖10可得該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下對(duì)應(yīng)的輸出壓力為7.26 GPa，此時(shí)輸出界面作用可靠度為0.9999，滿足指標(biāo)要求。工程應(yīng)用中，當(dāng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來后，對(duì)其進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，若由于參數(shù)隨機(jī)性和誤差影響導(dǎo)致產(chǎn)品無法滿足指標(biāo)要求，則需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，直至滿足為止。

表6 滿足可靠性指標(biāo)要求時(shí)HNS-Ⅳ陣列的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)Table 6 The structural design parameters of the HNS-Ⅳ array that meet the reliability index requirements

為提高設(shè)計(jì)精度，做以下分析：

（1）在構(gòu)建可靠性量化設(shè)計(jì)模型過程中，需確定上級(jí)裝藥的輸出性能參數(shù)及下級(jí)裝藥的起爆閾值分布。一般來說，炸藥的輸出性能參數(shù)服從正態(tài)分布，起爆閾值服從正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、邏輯斯諦分布或?qū)?shù)邏輯斯諦分布等［12］。具體的參數(shù)及分布模型需根據(jù)可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到或參考同類型產(chǎn)品的分布模型。

（2）在研制周期和成本允許的情況下，可采取均勻設(shè)計(jì)法、Box-Behnken 設(shè)計(jì)法等獲取不同設(shè)計(jì)工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后建立輸出性能參數(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)之間的量化模型；在工程條件受限的情況下，可采取數(shù)值模擬進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，在仿真過程中需要根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際結(jié)構(gòu)和特性選擇合適、合理的算法，模型和參數(shù)等，以減少由于數(shù)值模擬理想性帶來的誤差。

（3）量化模型的構(gòu)建需確定相關(guān)的輸入?yún)?shù)，如四點(diǎn)HNS-Ⅳ陣列輸出壓力的變差系數(shù)、設(shè)計(jì)裕度及安全裕度等。由于輸出壓力具有一定的隨機(jī)性，引入變差系數(shù)更能反映產(chǎn)品因生產(chǎn)、材料、工藝等影響帶來的誤差，為更好地覆蓋以上因素對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響，可根據(jù)同類型產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)獲得。設(shè)計(jì)裕度及安全裕度的選取需要根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)確定，即在產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、工藝相對(duì)成熟等的條件下，選取較低值；相反，選取較高值。

4 結(jié) 論

本研究針對(duì)沖擊片雷管缺乏可靠性量化設(shè)計(jì)方法的問題，基于沖擊片雷管四點(diǎn)陣列輸出界面的結(jié)構(gòu)及作用原理，提出了一種數(shù)值模擬和可靠性理論相結(jié)合的可靠性設(shè)計(jì)方法，獲得結(jié)論如下：

（1）基于應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型，采用設(shè)計(jì)及安全裕度的雙裕度設(shè)計(jì)模型作為約束對(duì)該界面進(jìn)行可靠性量化設(shè)計(jì)，建立了可靠度指標(biāo)與輸出壓力之間的量化模型，給出滿足要求的輸出壓力范圍為7.07～8.70 GPa；

（2）基于輸出界面中HNS-Ⅳ陣列在不同密度、直徑及高度設(shè)計(jì)工況下作用的數(shù)值模擬結(jié)果，建立了輸出壓力與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的量化模型；

（3）基于可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)結(jié)合本文提出的方法，給出了滿足不同可靠度指標(biāo)要求的4 種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)，工程設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用背景、成本等因素選擇合適的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。