[發明專利]一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法

在審

• 申請號: 201710767673.3
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107515989A
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 張春宜;王愛華;孫田
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法，屬于可靠性理論技術領域。

背景技術

航空發動機是結構極其復雜的旋轉機械，其工作環境十分惡劣，承受著高溫、高壓和高轉速的工作負荷。航空發動機在工作過程中一旦發生故障，將導致整個飛行系統無法正常運行，造成嚴重后果。在航空發動機中渦輪葉盤轉換并傳遞能量，對航空發動機的整體性能起著決定性作用。為了滿足航空發動機高性能要求，并確保穩健地運行，因此，研究渦輪葉盤結構的可靠性對航空發動機具有重要的意義。

近年來可靠性理論與方法廣泛應于工程結構的可靠性分析中，在葉盤高溫蠕變方面的研究甚少，且求解過程隨機性強，而傳統的響應面法沒有考慮多種失效模式的相關性且計算速度與精度不能滿足需求。

發明內容

本發明的目的是：在計算葉盤高溫蠕變可靠性時，考慮熱-結構耦合場之間的相互影響以及材料屬性和載荷的非線性，針對傳統方法的不足，提出一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的方法，保證精度提高計算速度與效率。

本發明提供了一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法，其具體過程如下：

a.確定葉盤高溫蠕變分析的特性參數，建立葉盤結構有限元模型；

b.確定葉盤高溫蠕變可靠性分析的基本參數作為隨機輸入變量；

c.在高溫蠕變影響下對葉盤結構進行熱-結構耦合分析；

d.采用拉丁超立方抽樣技術抽取一定數量樣本點構建葉盤高溫蠕變可靠性分析的雙重響應面法數學模型；

e.采用雙重響應面法對葉盤進行高溫蠕變可靠性的分析；

f.對雙重響應面法進行有效性驗證。

所述的一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法，所述的步驟a中，根據蠕變實驗數據確定蠕變特性參數，在有限元軟件中對葉盤結構進行四面體網格劃分。

所述的一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法，所述的步驟b中，根據發動機葉盤實際工況，確定影響葉盤高溫蠕變可靠性的外部載荷因素和本身結構性能參數。

所述的一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法，所述的步驟c中，熱分析是通過熱傳導將高溫燃氣的熱量傳遞葉盤結構上，利用能量守恒方程對其進行熱計算；結構分析是通過插值方法將熱分析結果信息傳遞到葉盤結構，采用有限元法進行運算，而分析結果則是運用有限元的基本方程計算獲得。

所述的一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法，所述的步驟d中，考慮材料屬性的非線性和載荷的動態性，在葉盤總體應力和應變出現位置利用拉丁超立方抽樣技術對隨機輸入變量進行小批量的抽樣，根據抽樣點計算出相應的輸出響應，得到擬合方程所需要的數據點，基于最小二乘法通過MATLAB矩陣實驗室工具箱對數據進行回歸分析建立雙重響應面數學模型。

所述的一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法，所述的步驟e中，采用雙重響應面法對葉盤進行高溫蠕變可靠性分析，即采用MATLAB編寫可靠性計算的程序并對雙重響應面法數學模型進行高溫蠕變可靠性的計算。

所述的一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法，所述的步驟f中，對雙重響應面法進行有效性性驗證，即在相同的計算條件下，以公認的可靠性計算方法蒙特卡羅法為基準，和響應面法相對比。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：

1. 本發明考慮了高溫蠕變對應力、應變的影響以及輸入變量的隨機性、多種失效模式共存狀況下的相關性。本發明能在滿足精度條件下，顯著的提高計算速度與效率，減少計算成本。

2.本發明能有效的解決背景技術中所述的問題，該方法使用MATLAB中已有的分類程序通過數據接口文件實現對有限元分析軟件ANSYS的直接調用，結合MATLAB便捷的編程功能和ANSYS分析功能，方便工程師使用。

附圖說明

圖1為葉盤高溫蠕變雙重響應面法的可靠性分析流程圖。

具體實施方式

實施例1

一種計算航空發動機葉盤高溫蠕變可靠性的雙重響應面法，包括以下步驟：

a.確定葉盤高溫蠕變分析的特性參數，建立葉盤結構有限元模型；

b.確定葉盤高溫蠕變可靠性分析的基本參數最為隨機輸入變量；

c.在高溫蠕變影響下對葉盤結構進行熱-結構耦合分析；

d.采用拉丁超立方抽樣技術抽取一定數量樣本點構建葉盤高溫蠕變可靠性分析的雙重響應面法數學模型；