The reliability of the mercury spallation target is mission-critical for the neutron science program of the spallation neutron source at the Oak Ridge National Laboratory. We present an inverse uncertainty quantification (UQ) study using the Bayesian framework for the mercury equation of state model parameters, with the assistance of polynomial chaos expansion surrogate models. By leveraging high-fidelity structural mechanics simulations and real measured strain data, the inverse UQ results reveal a maximum-a-posteriori estimate, mean, and standard deviation of $6.5\times 10^4$ ($6.49\times 10^4 \pm 2.39\times 10^3$) Pa for the tensile cutoff threshold, $12112.1$ ($12111.8 \pm 14.9$) kg/m$^3$ for the mercury density, and $1850.4$ ($1849.7 \pm 5.3$) m/s for the mercury speed of sound. These values do not necessarily represent the nominal mercury physical properties, but the ones that fit the strain data and the solid mechanics model we have used, and can be explained by three reasons: The limitations of the computer model or what is known as the model-form uncertainty, the biases and errors in the experimental data, and the mercury cavitation damage that also contributes to the change in mercury behavior. Consequently, the equation of state model parameters try to compensate for these effects to improve fitness to the data. The mercury target simulations using the updated parametric values result in an excellent agreement with 88% average accuracy compared to experimental data, 6% average increase compared to reference parameters, with some sensors experiencing an increase of more than 25%. With a more accurate simulated strain response, the component fatigue analysis can utilize the comprehensive strain history data to evaluate the target vessel's lifetime closer to its real limit, saving tremendous target costs.


翻译:汞蒸发目标的可靠性对于橡树脊国家实验室的中子蒸发中子源的中子科学程序来说是任务的关键。我们用巴伊西亚框架对州模型参数的汞方程式进行了逆向的不确定性量化(UQ)研究,得到了多盘混亂扩张代金模型的协助。通过利用高纤维结构结构模拟和真实测量的菌株数据,UQ结果显示最大-a-posteririi估计值(平均值)和标准偏差为 10.5 4 美元(6.49\ 时间) 的模拟值(6.49\ 时间) 10-4 pm 2.39\ 时间 10- 3美元 美元) 。帕用于拉利差临界值的临界值,12111.1美元(12111.8 pm 14.9美元) 千克/m% 3美元 汞密度的代理模型,1850.4美元(1849.7 mm.530美元) m/s 用于汞声音速度。这些数值不一定代表名义汞物理特性,但符合压力数据和固态模型的精确度反应值反应值反应值的数值和精确比我们使用的实验性模型的模型的数值的数值值值值值值值 比较的1039值的数值, 数据比一个模型的精确值的精确值增加数据, 以及一个已知值数据,因此的模型的精确度数据,因此的数值可以解释一个数据。

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