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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 в 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 «н1к))/<>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)