[發明專利]一種動力渦輪軸結構強度可靠性設計方法

在審

• 申請號: 201810324982.8
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108229084A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 王榮橋;胡殿印;齊澤文;張斌;馬琦航
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

1.一種動力渦輪軸結構強度可靠性設計方法，其特征在于：實現步驟如下：

(1)依據傳統強度分析方法設計確定動力渦輪軸結構的初始方案，同時確定動力渦輪軸結構的幾何形狀，根據所選材料計算得到在初始方案下的動力渦輪軸重量，完成動力渦輪軸結構初始方案設計，為后面的設計決策提供數據依據；

(2)針對動力渦輪軸選取的材料，通過材料性能試驗或材料數據手冊，獲取該材料必須的材料屬性，所述必須的材料屬性包括彈性模量、泊松比和疲勞壽命；通過傳熱分析或實際測量，獲取動力渦輪軸結構的溫度譜；通過外場發動機工作數據統計，獲得發動機的轉速譜，然后結合溫度譜和轉速譜這兩種載荷譜獲取動力渦輪軸結構工作時最危險的溫度場和離心載荷，得到動力渦輪軸結構三維應力和應變分析所需的確定性載荷；以動力渦輪軸的初始方案設計為基礎，以選取的材料數量和確定性載荷為輸入條件，進行動力渦輪軸結構的三維應力和應變分析，得到動力渦輪軸結構的應變、應力和位移的分布場；將動力渦輪軸結構的確定性設計準則作為優化約束條件，依據確定性設計準則中對動力渦輪軸結構的各考核部位的應力、應變、由位移得到的變形量指標值的具體要求，判斷應力、應變、變形量是否滿足；若不滿足動力渦輪軸結構的確定性設計準則要求，則返回設計支持，即以分析結果作為支持查找原因，修改動力渦輪軸結構的幾何形狀，直到滿足動力渦輪軸結構的確定性設計準則為止，完成確定性詳細設計；

(3)動力渦輪軸上有若干個軸承即有若干個承力點，在確定性詳細設計的基礎上，確定影響動力渦輪軸結構的幾何、載荷、材料的隨機因素及分布特征，建立多個承力點的應力模型；對多個承力點的應力模型進行抽樣計算并得到各承力點處的應力分布，進一步計算各承力點處的可靠性；針對強度概率準則中對各承力點的具體要求，對強度可靠性分析結果進行評估；如果結構可靠性結果不滿足強度概率準則要求，則返回設計支持，即以分析結果作為支持查找原因，修改動力渦輪軸結構的幾何形狀；完成多承力點的強度可靠性分析結果；

(4)基于多承力點的強度可靠性分析結果，對各承力點中的各個失效風險水平進行基于強度可靠性的組合風險評估，計算動力渦輪軸結構的整體失效概率；

(5)依據步驟(1)中動力渦輪軸結構設計的初始方案的重量，結合步驟(4)組合風險評估確定的整體失效概率的結果進行設計決策；若強度可靠性技術指標滿足要求，則完成設計；否則轉入返回設計支持，即以分析結果作為支持查找原因，返回初始動力渦輪軸結構方案，對尺寸或材料進行修改；再次重復步驟(2)至(5)，如此反復進行直到滿足要求。

2.根據權利要求1所述的一種動力渦輪軸結構強度可靠性設計方法，其特征在于：所述步驟(4)中，計算動力渦輪軸結構的整體失效概率時，將各承力點看作串聯模型，或結合設計經驗采用權重系數法，采用串聯模型的方式來計算強度可靠度，串聯模型的強度計算公式如下：

P[F_i]為動力渦輪軸上第i個承力點的失效概率，N為承力點的個數。