任意分布參數(shù)的渦輪盤低周疲勞失效概率敏感度及其魯棒設(shè)計.pdf

1、渦輪盤是航空發(fā)動機的核心部件，其壽命決定著整個發(fā)動機的壽命。因此，對航空發(fā)動機渦輪盤進行壽命評估具有重要意義。由實驗可知，低周疲勞是航空發(fā)動機渦輪盤的主要失效形式，目前對低周疲勞壽命評估主要是利用各種修正Manson-coffin公式，采用確定性分析方法進行壽命評估。然而，輪盤大多是在復(fù)雜的多軸載荷作用下服役，傳統(tǒng)的單軸疲勞理論往往在預(yù)測上存在較大的誤差，多軸疲勞理論在近些年來得到了越來越多地研究和應(yīng)用。由于渦輪盤在加工制造、安裝使用等

2、過程中，幾何尺寸、材料參數(shù)存在一定的分散性，因而渦輪盤的壽命亦具有分散性，僅進行確定性壽命評估就不能滿足實際工程需要。
　　本文在總結(jié)渦輪盤疲勞壽命評估的基礎(chǔ)上引入了多軸疲勞，充分考慮了材料、載荷、幾何尺寸這些因素的影響，通過對GH4169材料渦輪盤鍛件低周疲勞試驗數(shù)據(jù)的分析將SWT公式隨機化，得出了此型渦輪盤的疲勞壽命可靠性模型。在此基礎(chǔ)之上，通過引入基于Edgeworth級數(shù)的攝動法，本文對服從任意分布的渦輪盤隨機參數(shù)進行了失

3、效概率分析，并得到了這些參數(shù)對壽命失效概率的敏感度。通過基于失效概率敏感度的魯棒設(shè)計，本文進一步對此型航空發(fā)動機渦輪盤的性能提升提出了設(shè)計建議。由于輪盤是由72個榫槽組成的系統(tǒng)，考慮相關(guān)失效的影響，本文最后對整個輪盤系統(tǒng)的失效概率進行了研究。全文主要包括以下幾方面:
　　(1)對渦輪盤的三維模型進行有限元仿真。通過彈塑性分析得到渦輪盤的失效區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變分布，為以后的疲勞壽命分析提供了基礎(chǔ)。
　　(2)本文根據(jù)航空發(fā)動機渦輪

4、盤材料的疲勞特性，，通過對GH4169材料渦輪盤鍛件的疲勞數(shù)據(jù)處理，得到了應(yīng)變-壽命曲線的基本參數(shù)。在此基礎(chǔ)上將有限元結(jié)果代入到常用的幾種壽命預(yù)測模型，并最終得到基于多軸疲勞的SWT公式精度最高;查閱文獻，將SWT公式隨機化，建立渦輪盤的概率壽命可靠性模型。
　　(3)通過引入基于Edgeworth級數(shù)的攝動法，可以對服從任意分布的渦輪盤隨機參數(shù)進行失效概率和失效敏感性分析。由于渦輪盤的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，因此極限狀態(tài)方程無法用顯式表達(dá)

5、出來，為了解決這個問題，本文引入了響應(yīng)面模型。常用的響應(yīng)面模型有響應(yīng)面法、Kriging法和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。本文采用了這三種方法進行了擬合，并通過將計算得到的結(jié)果與NESSUS軟件進行對比，最終得出對于此型航空發(fā)動機渦輪盤，采用基于Kriging-Edgeworth的攝動法可以精確地求解服從任意分布的疲勞可靠度。
　　(4)在分析了恒幅加載下失效概率的基礎(chǔ)之上，應(yīng)用miner準(zhǔn)則進一步對變幅加載下的失效概率進行探索，并通過Krig