Файл: Клемин А.И. Инженерные вероятностные расчеты при проектировании ядерных реакторов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 238
Скачиваний: 1
в противном случае ys надо сохранить. Величина |
\(п, |
|3) находится |
по табл. П. 12 для заданного р и числа л опытных точек. |
||
Пример. По результатам 10-кратного измерения |
нейтронного |
|
потока в фиксированной точке канала реактора |
получено п = 10 |
экспериментальных значений потока (в условных единицах) г/г-:1;
1,1; |
0,9; |
1,1; 0,9; .1,5; 0,9; 0,85; 0,9; 0,85. Шестое наблюдение |
ув = |
1,5 |
резко выделяется из остальной массы. Спрашивается: сле |
дует ли его отбросить или сохранить. Задаемся уровнем значимос ти р = 0,05. По формуле (10.21) получаем
^ = |
(1/10) 2 |
У І = І ; |
о г = 1 |
/ (1/9) 2 |
0 / £ - 1 ) 2 |
= |
|
|
|
i=i |
|
|
' |
t=i |
|
|
|
|
|
= |
1/0,355/9= 0,2. |
|
|
|
||
Следовательно (ув — у)/а |
— 2,5. По табл.. П. |
12 для |
|3 = |
0,05 и |
||||
л = 10 |(д, |
Р) = 2,29. Поскольку 2,5 |
> 2,29, |
то на уровне |
значи |
||||
мости р = 0,05 точку |
уп = |
1,5 можно исключить из рассмотрения. |
Иными словами, поскольку вероятность получения такого откло нения опытной точки у3 от у меньше 5% (Р =0,05), считаем, что это практически невозможное событие и пренебрегаем им.
§ 10.4. Обработка результатов неравноточных наблюдений
(совместная обработка опытных точек разных авторов)
Обозначим у0 истинное значение физической величины, которое, нужно определить в эксперименте. Опытные точки, полученные при определении этой величины одним автором, обозначим
Уі , У2 І---,УІ |
. " - . £ 4 («і ^ и> |
а среднюю квадратическую погрешность опыта (10.16) ах. Анало гично результаты эксперимента по определению уй k-vo автора обоз начим:
у\к),У2к\...,у\к),...,Упк1 |
(пк>1) |
(10.23) |
и о [yf] = ak.
В общем случае в качестве у0 можно рассматривать не только отдельную точку (например, отдельное значение некоторого экспе риментального коэффициента), но и часть зависимости у0(х) на та ком протяжении значений х(х' < хг •< х"), где у0 не сильно изменя ется, а средняя квадратическая погрешность опыта о(у) (10.16) остается приблизительно постоянной — не зависит от х.
Итак, нужно по результатам наблюдений (10.23) N разных ав торов (k = 1,2, . . ., N) оценить истинные значения у0 и средней квадратической погрешности опыта а, т. е. найти величины у0 и сг(экспе-
риментальные |
точечные оценки |
величии у0 |
и |
а, см. § 4.1). Эту |
|||||||||||||
задачу удобно решить методом наибольшего правдоподобия. |
|||||||||||||||||
Функцию правдоподобия для результатов экспериментов |
(10.23) |
||||||||||||||||
N авторов [если рассматривается случай у0 |
(х), |
то надо |
отобрать |
||||||||||||||
точки всех авторов, лежащие в диапазоне |
х' |
< |
xt |
< |
х"], |
согласно |
|||||||||||
(4.14), запишем |
в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
L |
- |
П |
=ТІ7е х Р |
|
2a-k |
|
|
|
|
|
. |
(10.24) |
|||||
|
|
k= 1( а |
А У 2 І ) П |
* |
|
|
|
і = I |
|
|
|
|
|
|
|||
Здесь предполагается, что экспериментальные точки |
рассеиваются |
||||||||||||||||
около у0 |
по |
нормальному |
закону. |
Если |
рассматривается |
|
случай |
||||||||||
у0 (х), то в выражение |
(10.24) |
надо вместо |
у0 |
подставить у0 (х*), |
|||||||||||||
где л-f = |
(.¥' + |
х")/2. |
^ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Искомая |
оценка |
г/0 |
в соответствии |
с формулой (4.15) |
является |
||||||||||||
корнем уравнения правдоподобия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
d l n L |
|
N |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
W - i / o ) |
= о, |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
Ok L |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
А=1 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
1=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
откуда |
|
|
|
|
|
N г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
(1/а!) |
2 |
</<•*> |
|
|
|
|
|
(10.25) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А=1
Предполагая, что ah — известные постоянные величины, из вы ражения (10.25) по правилам нахождения дисперсии [см. формулы (2.19) и (2.21)] находим
N |
|
|
|
2 |
( l / d ) 2 D 0 / J A ) ) |
||
D(y0) = |
^ |
« = 1 |
|
\ 2 |
|||
|
N |
2 " й / а *
6=1
N
У
2 «н1>Ык))/<>1 k= I
/ |
JV |
\ 2 |
N |
|
2 " *
Учитывая, что a (y0)= YD (уй) и D (y\h)) = a\, из последнего со отношения получаем выражение для искомой средней квадратической погрешности опыта
[ N |
\ - 1 / 2 |
|
о Go) = [%nh/ol) |
. |
(10.26) |
Исходя из формул (10.25) и (10.26), можно сделать общий важный практический вывод.
Обрабатывая совместно опытные точки многих авторов, имею щие различные погрешности, нельзя при определении среднего зна-
чения опытной величины брать простое среднее арифметическое по
—1 "1
всем опытным точкам: у0 = —-2 уи где т = пх + п2 + ... + пы —
т( = і
полное число рассматриваемых экспериментальных точек /V авто ров [см. (10.23)1; необходимо находить взвешенное среднее арифме тическое значение
т |
|
|
УО=Я§І |
УІ> |
[(Ю.27) |
где вес каждого наблюдения gt = |
a2 {y0)ltf; аг — средняя |
квадра- |
тическая погрешность t'-ro наблюдения. Формула (10.27) |
записа |
на для самого общего случая, когда все т опытов имеют различные погрешности. Если опыты отдельного автора имеют одинаковые погрешности Cj = ah, то формула (10.27) превращается в формулу (10.25). Если же каждый из N авторов предлагает в качестве ре зультатов своих экспериментальных исследований всего одну ве
личину ук |
и ее среднюю квадратическую погрешность |
ok, |
то из |
||||||||
формулы (10.27) |
получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
У0 = °а(уо) |
І УМ = ( %~yjft)l |
|
2 Vol |
|
(10.28) |
||||
|
|
|
|
k= і |
\ * = i |
/ / |
k=i |
* |
|
|
|
|
Обработка по формулам (10.25)—(10.28) приводит |
к более точ |
|||||||||
ным результатам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
= |
Например, пусть имеется всего два наблюдения ух |
= |
10 и у2 |
= |
|||||||
12; средние квадратические погрешности их соответственно равны |
|||||||||||
ох |
= 1 и |
а 2 = |
1,5. |
Среднее |
арифметическое |
результатов |
у0 |
= |
|||
= |
(10 + |
12)/2 = |
11. По формулам (2.19) и |
(2.21) дисперсия |
|
44
асредняя юзадрэтическая погрешность a (у0) = 0,9. В свою оче
редь, по формуле (10.28) при N = 2 имеем
|
- |
_ |
(1/Р|) |
|
У2^_ 10 > 12/2,25 |
_ 1 0 6 . |
|
|
У |
й |
1/а| + 1/а| |
1^1/2,25 |
' ' |
||
|
o G o ) = ] / - |
1 |
_ |
oi а 2 |
Ы , 5 _ 0 ) 8 3 _ |
||
|
|
|
|
|
|||
Из результатов |
примера |
хорошо |
видно, что, во-первых, у 0 и у 0 |
||||
заметно отличаются, в частности |
у 0 = 10,6 ближе к у х — 10, чем |
||||||
Уо = |
11 (так |
и |
должно быть, поскольку у г измерено более точно, |
||||
°i < |
аг)> а> во-вторых, погрешность в определении у 0 меньше, чем |
||||||
погрешность |
уо |
(0,83 < |
|
0,9). |
|
|
Раздел IV. РЕШЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
. В ПЕРИОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕАКТОРА
Г л а в а 11.
С Т А Т И С Т И Ч Е С К И Й А Н А Л И З П Р О И З В О Д С Т В Е Н Н Ы Х О Т К Л О Н Е Н И Й П А Р А М Е Т Р О В Р Е А К Т О Р А О Т Н О М И Н А Л Ь Н Ы Х З Н А Ч Е Н И Й
§ 11.1. Определение объема выборки
Как уже неоднократно отмечалось, любой параметр изделия .г в процессе изготовления не может быть выдержан абсолютно точно
равным номинальному (установленному |
в проектной документации) |
|
значению х„. В результате фактическое значение параметра |
может |
|
оказаться любым в интервале |
|
|
хн — А < х < х н |
4- А, |
(11.1) |
где А — половина допуска для параметра .v.
На этапе проектной разработки реактора недостаточно прово дить только расчеты при номинальных значениях параметров х н , необходимо также учитывать отличие фактических значений х от номинала х н в пределах допуска. Без этого не обойтись при оценке точности упомянутых расчетов (см. гл. 5), при оценке теплотехниче ской надежности активной зоны (см. § 6.8) и т. д. Для таких расче тов требуется знание закона распределения / (х) фактического зна чения параметра х в пределах интервала (11.1) или в крайнем слу чае трех чисел: среднего значения параметра х, его наиболее вероятного значенияхв и среднего квадратического отклонения а, характеризующего разброс возможных фактических значений пара метра около х. Чтобы определить / (х), х, х в , а, необходимо изме рить фактическое значение этого параметра на партии из п одина ковых изделий (например, на п каналах активной зоны, если х, допустим, загрузка урана в отдельный канал), т. е. получить вы борку значений:
•••> |
Хп- |
(11.2) |
Поэтому первый вопрос, который встает перед инженером при статистическом анализе точности изготовления, сводится к рацио нальному выбору объема выборки п.. Будем рассматривать производ ственные погрешности изделий, которые уже установлены (смонти рованы) на реакторной установке, т. е. изделий, прошедших опера цию приемочного контроля, параметры которых находятся в преде-
лах соответствующих допусков (11.1). Абсолютное большинство изделий реакторостроенпя проходит поэлементный, сплошной при емочный контроль, когда характеристики каждого изделия партии проверяются: лежат ли они в допустимых пределах (11.1) или нет (в последнем случае изделия отбраковываются). Если же вопрос о приемке (браковке) всей партии изделий решается в результате анализа характеристик, определяемых по малой выборке из этой партии, то говорят о статистическом (выборочном) приемочном контроле. Учитывая, что статистический приемочный контроль для
основных изделий реакторостроенпя, |
как правило, |
применяется |
||||
редко, а также то, что по методам этого контроля |
есть обширная |
|||||
литература (см., например, [7, 18, 20, |
112—1141), |
на нем останав |
||||
ливаться не |
будем. |
|
|
|
|
|
Поскольку аналитическая форма закона / (х) распределения |
||||||
фактических |
значений х |
в интервале |
(11.1) известна |
(см. [6] и |
||
§ 11.2), для определения |
его конкретного вида достаточно знать не |
|||||
сколько параметров, от которых |
он зависит. В частности, вид f (х) |
|||||
|
|
|
|
— |
1 |
" |
определяется |
(наряду с |
прочим) |
величиной х — — Л, ХІ — сред- |
ним значением х, полученным' путем обработки фактических заме ров ХІ на многих однотипных элементах. Кроме того, поскольку во многих практических задачах часто требуется знание значения х,
которое может быть найдено независимо |
от / (х), представляется |
|||
разумным |
объем выборки я определять |
из условия |
получения X |
|
с |
заданной |
точностью. |
|
|
|
Точность знания х (как всякой случайной величины) определяет |
|||
ся |
ее дисперсией D (х) или средним квадрэтическим |
отклонением |
(х). Предварительно заметим,, что на практике полное число изделий (генеральная.совокупность), выборку из которых объемом п (11.2) рассматриваем, может быть конечным, равным N (N > п). Например, если интересует случайный разброс пара метра х (высоты топливного столба канала) в момент пуска конкрет ного реактора, то упомянутое число элементов N равно полному количеству каналов в комплекте активной зоны. В этих, условиях математическим ожиданием (истинным средним значением х для комплекта) является
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
м |
|
|
{х) = |
(і/iv) |
2 * „ |
(П.з) |
|
|
|
|
|
|
|
t=i |
|
а соответственно |
истинной |
дисперсией |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
N |
|
N |
D (х) = М(х |
) — [М (х)] |
|
= (1/N) 2 4 — (1/N) |
(П.4) |
||||
|
2 xt |
|||||||
2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
i = l |
Очевидно, что |
|
. . |
|
|
|
|||
М(ХІ) |
= М{Х) |
и |
D(xt)=D(x). |
(11.5) |