[發(fā)明專利]車用徑流式增壓器渦輪葉片葉根疲勞蠕變壽命預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611123815.4
• 申請(qǐng)日: 2016-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN106815396B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王正;王增全;邢衛(wèi)東;王阿娜;趙力明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)北方發(fā)動(dòng)機(jī)研究所（天津）
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F30/15;G06F119/04;G06F119/14;G06F119/08
• 代理公司: 天津?yàn)I海科緯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12211
• 代理人: 馬倩倩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于車用增壓器渦輪結(jié)構(gòu)可靠性與壽命評(píng)價(jià)方法，具體涉及車用徑流式增壓器渦輪葉片葉根疲勞蠕變壽命預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)

GJB451A-2005《可靠性維修性保障性術(shù)語》對(duì)任務(wù)剖面這一概念進(jìn)行了描述：產(chǎn)品在完成規(guī)定任務(wù)這段時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時(shí)序描述。

渦輪增壓器是車用發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)功率密度提升和增強(qiáng)高原環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)鍵部件。渦輪葉輪是渦輪增壓器的核心零部件之一，其可靠性與壽命直接影響著渦輪增壓器或增壓系統(tǒng)的可靠性。增壓器的渦輪葉輪不僅要具有良好的氣動(dòng)性能，能夠高效地將發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，而且要求具有足夠的使用壽命和可靠性，滿足渦輪增壓器的使用要求。

車用渦輪增壓器工作時(shí)高溫燃?xì)饬鹘?jīng)渦輪葉片并推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)做功，在此過程中渦輪葉片上承受著熱載荷、氣動(dòng)載荷和離心載荷的作用。由于車用發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的多變性，增壓器渦輪葉片工作時(shí)承受的離心載荷、熱載荷和氣動(dòng)載荷隨發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況的改變?cè)诓粩喟l(fā)生變化。根據(jù)車用徑流式增壓器渦輪葉片所承受的載荷與應(yīng)力特征可知，由疲勞與蠕變交互作用所引起的渦輪葉片葉根斷裂是車用增壓器渦輪葉片的潛在失效模式之一。

增壓器渦輪在工作過程中一旦發(fā)生葉片葉根斷裂，不僅會(huì)引起渦輪增壓器的損壞，使發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常工作，而且斷裂的葉片還有可能擊穿渦輪箱引起發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛其他部件的損壞。因此，在車用渦輪增壓器研制過程中，針對(duì)由疲勞與蠕變交互作用所引起的渦輪葉片葉根斷裂失效模式，對(duì)增壓器渦輪葉片葉根的疲勞蠕變壽命進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，不僅能及時(shí)發(fā)現(xiàn)渦輪結(jié)構(gòu)上存在的不足，有效指導(dǎo)增壓器渦輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)；而且能夠指導(dǎo)渦輪增壓器的使用，合理確定增壓器渦輪的工作壽命，充分保證渦輪增壓器的可靠性與安全性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)車用增壓器渦輪的結(jié)構(gòu)與失效特點(diǎn)，提供車用徑流式增壓器渦輪葉片葉根疲勞蠕變壽命預(yù)測(cè)方法。能夠在車用增壓器渦輪研制或使用過程中，根據(jù)增壓器渦輪所匹配發(fā)動(dòng)機(jī)安裝車輛的任務(wù)剖面，在確定增壓器渦輪所匹配發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)及其統(tǒng)計(jì)特征、增壓器渦輪的工作狀態(tài)參數(shù)及其統(tǒng)計(jì)特征、增壓器渦輪葉片葉根失效危險(xiǎn)部位的應(yīng)力與溫度參數(shù)以及增壓器渦輪葉片葉根疲勞性能參數(shù)與持久性能參數(shù)的基礎(chǔ)上，確定出以發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間為壽命度量指標(biāo)時(shí)增壓器渦輪葉片葉根的疲勞蠕變壽命。

本發(fā)明技術(shù)方案：車用徑流式增壓器渦輪葉片葉根疲勞蠕變壽命預(yù)測(cè)方法，其特征是包括以下步驟：

a、確定增壓器渦輪所匹配車用發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)及其統(tǒng)計(jì)特征；

b、確定增壓器渦輪的工作狀態(tài)參數(shù)及其統(tǒng)計(jì)特征；

c、確定增壓器渦輪葉片葉根失效危險(xiǎn)部位的應(yīng)力與溫度參數(shù)；

d、確定增壓器渦輪葉片葉根的疲勞性能參數(shù)；

e、確定增壓器渦輪葉片葉根的持久性能參數(shù)；

f、確定增壓器渦輪葉片葉根的疲勞蠕變壽命。

車用徑流式增壓器渦輪葉片葉根疲勞蠕變壽命預(yù)測(cè)方法，其特征是包括以下步驟：

a、確定增壓器渦輪所匹配車用發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)及其統(tǒng)計(jì)特征：結(jié)合增壓器渦輪所匹配車用發(fā)動(dòng)機(jī)安裝車輛的任務(wù)剖面，運(yùn)用仿真計(jì)算方法或通過試驗(yàn)測(cè)試，分別確定出發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、轉(zhuǎn)速和功率隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間的變化歷程，進(jìn)一步，采用統(tǒng)計(jì)分析的方法，分別確定出發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩、轉(zhuǎn)速、功率的概率分布模型，同時(shí)，確定出車輛“起動(dòng)-行駛-停車”工作循環(huán)次數(shù)隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間的變化規(guī)律，用參數(shù)為λ的泊松隨機(jī)過程描述車輛“起動(dòng)-行駛-停車”工作循環(huán)次數(shù)隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間的變化規(guī)律；

b、確定增壓器渦輪的工作狀態(tài)參數(shù)及其統(tǒng)計(jì)特征：針對(duì)步驟a確定的增壓器渦輪所匹配車用發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)及其概率特征，根據(jù)渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)性能匹配關(guān)系，利用仿真計(jì)算方法或通過試驗(yàn)測(cè)試，確定出在車輛一次“起動(dòng)-行駛-停車”工作循環(huán)過程中增壓器渦輪的最高工作轉(zhuǎn)速概率分布模型，確定出發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行單位小時(shí)內(nèi)增壓器渦輪工作轉(zhuǎn)速的概率分布模型，確定出發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行單位小時(shí)內(nèi)增壓器渦輪的進(jìn)口氣體平均溫度與出口氣體平均溫度；