典型裝備部件健康評估中的不確定性建模和模型確認方法.pdf

1、以航空發(fā)動機為代表的典型裝備具有非常復雜的機械結構系統(tǒng)，一直在高溫、高壓和高轉速的環(huán)境中工作運行，其關鍵部件（特別是風扇軸等轉動部件）的故障發(fā)生可能導致飛行事故的發(fā)生，造成嚴重的后果，有必要對包括航空發(fā)動機部件在內(nèi)的典型裝備部件開展健康評估的工作。并且由于裝備部件的結構組成和服役環(huán)境日益復雜，其材料屬性、幾何特征等存在諸多誤差和不確定性，給包括狀態(tài)評估、損傷監(jiān)測和可靠度評估在內(nèi)的健康評估工作帶來了嚴重的挑戰(zhàn)，因此進行多種不確定性條件下的

2、部件建模和模型的確認評估工作具有十分重要的實際意義和工程價值。
　　論文以某型航空發(fā)動機風扇軸、壓力容器這兩種典型裝備部件為研究對象，一方面考慮模型參數(shù)的不確定性，分別將風扇軸和壓力容器的三維實體模型參數(shù)化，在此基礎上對其進行有限元分析和參數(shù)相關性分析；另一方面在有限元分析基礎上，對不確定性條件下的有限元模型確認方法進行了初步研究；最后在對風扇軸有限元模型進行確認的基礎上，利用證據(jù)理論中證據(jù)分析方法，處理疲勞壽命預測模型中的不確定

3、參數(shù)，分析其對疲勞壽命和可靠度等的影響。
　　論文的主要研究工作包括：
　?。?）某航空發(fā)動機風扇軸和壓力容器的三維實體建模及有限元分析建模。
　　依據(jù)某型航空發(fā)動機的風扇軸實際尺寸，在 Pro/E軟件中構建了風扇軸的三維實體模型，并進行了合理的簡化，然后利用Pro/E與ANSYS workbench的無縫鏈接，對模型參數(shù)化，建立風扇軸有限元分析模型。
　　（2）在實際載荷和約束條件下的有限元應力應變分析及危險部

4、位確定。
　　在軸向力、離心力和扭矩等相關載荷條件下，對發(fā)動機風扇軸進行有限元計算，通過風扇軸的應力應變分布云圖和整體的受力變形情況，確定出靠近花鍵端的軸肩處和花鍵根部為應力集中的危險部位，最大變形出現(xiàn)在風扇軸和風扇盤連接的周向邊緣。
　?。?）多種不確定性條件下的有限元模型的確認方法研究。
　　以壓力容器為研究對象，對多種不確定性條件下的有限元模型確認流程進行研究。借助Kriging響應面代理模型對壓力容器在試驗條件

5、下的最大等效應力進行預測，并在一定置信度下給出最大等效應力的置信區(qū)間。
　　（4）數(shù)據(jù)不足條件下的風扇軸有限元模型確認及不確定性參數(shù)影響分析。
　　在有限元模型確認的基礎上，結合有限元試驗設計方法，構建風扇軸基于最大等效應變的Kriging響應面模型，在一定置信度下對風扇軸的最大等效應變范圍進行估計。假設在實驗數(shù)據(jù)不足的情況下，利用證據(jù)變量將疲勞壽命模型中的不確定性參數(shù)處理為證據(jù)變量，分析其對風扇軸疲勞壽命預測和可靠度的影響