[發明專利]一種基于EGRA的渦輪盤多失效模式可靠性優化方法

有效

• 申請號: 201910839789.2
• 申請日: 2019-09-06
• 公開（公告）號: CN110532723B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 胡殿印;王榮橋;唐健雄;劉茜;胡如意
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/04;G06F111/06;G06F119/02
• 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;楊學明

本發明涉及一種基于EGRA的渦輪盤多失效模式可靠性優化方法，步驟：(1)對渦輪盤扇區進行參數化建模，分析渦輪盤幾何參數靈敏度，選出設計變量；(2)對設計變量進行LHC抽樣，分別計算每個抽樣點處的各失效模式下的壽命，建立各失效模式可靠性模型；(3)對各失效模式的可靠性模型用高效全局可靠性分析方法(EGRA)評估，若大于收斂極限，向初始模型中增加樣本點，直至模型收斂；(4)用(3)中更新的可靠性模型擬合各失效模式下的壽命，根據相關形式得到系統壽命并對其進行優化求解，若優化結果不滿足系統可靠性要求，計算最優點真實壽命值，并添加到可靠性模型中以更新模型，重復檢驗收斂性和更新模型的步驟直到滿足系統可靠度，得到優化結果。

技術領域

本發明是一種針對航空發動機渦輪盤多失效模式可靠性優化方法，特別是它是一種基于EGRA的渦輪盤多失效模式可靠性優化方法，能夠考慮不同部位采樣、多種失效模式的可靠性優化設計方法，屬于航空航天發動機技術領域。

背景技術

航空發動機是一種極限產品，工作在高溫、高壓、高轉速等的復雜載荷/環境下；發動機性能及安全性指標的提高，要求發動機重量輕、長壽命、高可靠性(如，安全飛行對發動機結構件要求低的破壞概率，可達10^-5-10^-7次/飛行小時)。傳統的可靠性分析方法只考慮單一危險點在單一失效模式下的疲勞壽命，預測精度較差難以指導工程實際應用。

渦輪盤疲勞壽命預測時，未考慮不同失效模式的差異及其對渦輪盤整體疲勞壽命的影響，而本發明考慮渦輪盤不同部位多種失效模式對渦輪盤疲勞壽命的影響，可以得到具有一定可靠度的渦輪盤疲勞壽命和失效風險，用于渦輪盤可靠性優化設計。

現有文獻李曉科.RBDO中的高效解耦與局部近似方法研究[D].華中科技大學,2016.中提到了一種高效全局可靠性分析方法：EGRA。通過一個期望可行性函數EFF指導可靠性模型序列抽樣，來使更多的樣本點落在對可靠性影響較大的區域，在保證局部精度的同時，提高了效率。但如果把該文獻中的方法直接運用于多失效模式的可靠性分析中，需要對各失效模式的可靠性模型分別進行序列抽樣，以提高模型精度。而實際上有一些失效模式對系統的影響不大，把昂貴的序列抽樣用在這些對系統失效影響不大的失效模式上，導致了大量計算量的浪費。本發明將EGRA方法與渦輪盤多失效模式相結合，考慮低循環疲勞和蠕變-疲勞同時作用的工作環境，根據不同失效模式間相關的形式，建立多失效模式的EFF函數，通過直接對多失效模式的EFF函數分析，將序列采樣樣本點集中于多失效模式的系統極限狀態邊界附近，在對渦輪盤多失效模式系統保證了高分析精度的同時，減少了將序列樣本點分布于對系統失效不重要的區域，減少了樣本點的數量，提高了對多失效模式系統可靠性分析的效率專利申請人所在單位現有專利“一種考慮多部位及多失效模式的渦輪盤損傷容限評估方法”(專利號CN201611266927.5,公告號:CN106644784A)分別考慮了三種渦輪盤典型的失效模式，基于試驗數據預測壽命，分別討論了各失效模式對渦輪盤壽命的影響，但并未考慮多失效模式之間的相關關系以及多失效模式同時作用對渦輪盤的影響。而工程實際中，各失效模式之間并不是獨立存在的，失效模式之間存在相關，本發明研究了渦輪盤常見的失效模式之間的相關關系，并依靠該關系建立了多失效模式下的渦輪盤系統壽命與單一失效模式壽命的關系。

發明內容

本發明技術解決方案：克服現有技術的不足，提供一種考慮多失效模式的渦輪盤可靠性優化方案，對現有的渦輪盤進行壽命優化，提高了可靠性。

本發明技術解決方案：一種基于EGRA的渦輪盤多失效模式可靠性優化方法，概括起來，主要包括：渦輪盤設計變量選取、單一失效模式可靠性建模、多失效模式可靠性建模、多失效模式可靠性優化四個部分。壽命可靠性設計包括可能引起渦輪盤結構破壞的多個失效模式(如低循環疲勞失效，蠕變-疲勞失效等)的壽命可靠性設計，其中考慮材料和幾何尺寸等隨機因素的分散性對疲勞壽命的影響，針對不同失效模式對系統失效的影響程度的差異，發展了考慮多失效模式的可靠性分析模型，并基于此模型對渦輪盤展開考慮多失效模式的可靠性設計優化。

實現步驟如下：