For første gang kvantificerede og undersøgte et team af forskere ved Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) effekten af metalstyrke på nøjagtigt modellering af koblet metal/høj eksplosiv (HE) eksperimenter, der kaster lys på en undvigende variabel i en vigtig model til National sikkerhed og forsvarsapplikationer.
Holdet brugte en Bayesisk tilgang til at kvantificere usikkerhed om metalstyrke med tantal og to almindelige eksplosive materialer og integrerede det i en koblet metal/HE -model. Deres fund kan føre til mere nøjagtige modeller til ligning-af-state-studier, der vurderer stofstilstanden, et materiale findes under forskellige forhold. Deres papir – oplevet som redaktørens valg i Journal of Applied Physics—Odo antydede, at usikkerhed om metalstyrke kan have en ubetydelig effekt på resultatet.
“Der har været en langvarig feltlore, som han modellerer kalibreringer er følsomme over for metalstyrken,” sagde Matt Nelms, papirets første forfatter og en gruppeleder i LLNLs Computational Engineering Division (CED). “Ved at bruge en streng Bayesisk tilgang fandt vi, at dette ikke er tilfældet, i det mindste når vi bruger tantal.”
I et koblet metal/HE -eksperiment er HE -materialet fastgjort til et metal og detoneres derefter. Forskere måler derefter hastigheden af metaloverfladen for at udlede, at han er opførsel, når den overgår fra fast til gas.
Ligesom i mange eksperimenter hjælper computermodeller, at han forskere forstår adfærd og designtest for at opnå de bedst mulige resultater. At gøre modeller nøjagtige involverer forståelse af rækkevidden af mulig opførsel af forskellige variabler, kendt som usikkerheder, og hvordan alle disse små afvigelser kan tilføje et eksperiments resultater. Jo mere godt forstået usikkerhederne, jo bedre kan forskere introducere denne viden til modellen for at hjælpe den med at gøre nøjagtige forudsigelser.
Styrken af metallet – dens evne til at modstå kræfter – er den sværeste usikkerhed at kvantificere, da de ekstreme forhold og dynamiske bevægelser forårsaget af detonationen gør det vanskeligt at adskille sig fra HE’s opførsel. Holdet brugte en Bayesian -ramme til at tackle dette problem. Bayesian -analyse er afhængig af sandsynlighed for at bestemme de sandsynlige årsager til en given effekt; I dette tilfælde forudsagde resultater.
“Skønheden og udfordringen ved den Bayesiske ramme er, at den er naiv for fysikken,” sagde Nelms. “Dette betyder, at det kræver en masse omhu at sikre, at resultaterne giver fysisk mening, men også giver et værktøj, der er mindre partisk.”
Holdet analyserede resultater fra tre typer almindelige konfigurationer med tantalmetal: to pladetest, hvor HE (LX-14 eller LX-17) skubber en tynd metaldisk og en cylindertest, hvor HE (LX-17) udvides En metalcylinder, der begrænser den. Den Bayesianske analyse kiggede på posterior sandsynligheder, fordelingen af sandsynlige resultater, først inkorporerede usikkerhed om metalstyrke og derefter ignorere den. Forskellene mellem posterierne gav en god estimering af usikkerhed om metalstyrke og viste den effekt, det havde på resultaterne.
Nelms understreger, at resultaterne endnu ikke kan overføres til andre metaller, men at fremgangsmåden kan være. Han håber, at yderligere forskning kan bygge videre på deres fund for både at kaste lys over deres opdagelse og hjælpe med at gøre, at han modellerer mere nøjagtige til at støtte national sikkerhed.