[發(fā)明專利]一種基于貝葉斯校準(zhǔn)的渦輪盤(pán)非局部概率壽命評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910846133.3
• 申請(qǐng)日: 2019-09-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110532726B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡殿印;王榮橋;胡如意;劉茜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/23;G06F30/17;G06F119/04;G06F111/10
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 安麗;楊學(xué)明

1.一種基于貝葉斯校準(zhǔn)的渦輪盤(pán)最弱環(huán)非局部概率壽命評(píng)估方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)針對(duì)渦輪盤(pán)不同部位盤(pán)緣、輻板和盤(pán)心材料性能差異和結(jié)構(gòu)特征部位應(yīng)力集中，分別設(shè)計(jì)光滑圓棒試樣和渦輪盤(pán)特征部位結(jié)構(gòu)模擬件，并對(duì)渦輪盤(pán)盤(pán)坯取樣，通過(guò)光滑圓棒應(yīng)變控制低循環(huán)疲勞試驗(yàn)，獲得材料的低循環(huán)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)；通過(guò)開(kāi)展不同尺寸比例的結(jié)構(gòu)模擬件應(yīng)力控制試驗(yàn)，獲得渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)特征部位低循環(huán)疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

(2)基于步驟(1)獲得的材料低循環(huán)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用最小二乘法回歸分析建立反映能量密度參數(shù)和壽命關(guān)系的三參數(shù)冪函數(shù)壽命模型；

(3)結(jié)合步驟(1)獲得的材料低循環(huán)疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)和渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)特征部位低循環(huán)疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于結(jié)構(gòu)最弱環(huán)法建立渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件疲勞壽命Weibull可靠度函數(shù)，采用Weibull分布參數(shù)估計(jì)法確定Weibull可靠度函數(shù)的壽命分布指數(shù)b_N及其分布；

(4)對(duì)渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件進(jìn)行有限元分析，結(jié)合步驟(3)獲得的壽命分布指數(shù)b_N計(jì)算渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件有效體積V_EW上的等效能量密度參數(shù)進(jìn)而根據(jù)步驟(2)建立的三參數(shù)冪函數(shù)壽命模型得到渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件的疲勞壽命Weibull可靠度函數(shù)，當(dāng)可靠度或失效概率取0.5時(shí)，得到渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件的預(yù)測(cè)中值壽命N_P；

(5)結(jié)合步驟(1)獲得的渦輪盤(pán)特征部位低循環(huán)疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用貝葉斯校準(zhǔn)對(duì)b_N進(jìn)行校準(zhǔn)，基于MCMC抽樣方法獲得校準(zhǔn)的b_N后驗(yàn)分布，采用校準(zhǔn)后的b_N重復(fù)步驟(4)獲得渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件的疲勞壽命Weibull可靠度函數(shù)，當(dāng)可靠度或失效概率取0.5時(shí)，得到渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件的預(yù)測(cè)中值壽命N_P；當(dāng)可靠度分別取0.9987和0.0013時(shí)，得到渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件的±3σ壽命曲線；

所述步驟(4)中，等效能量密度參數(shù)表示為：

式中，V₀表示光滑圓棒試樣的考核段體積，V表示渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件體積，ΔW表示能量密度參數(shù)，b_W表示能量密度參數(shù)分布指數(shù)，b_W＝m·b_N；

等效能量密度參數(shù)通過(guò)以下方法獲得：對(duì)渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件進(jìn)行有限元分析，將所有體積的離散化單元按體積大小從小到大排序，第i個(gè)單元的體積為V_i，能量密度參數(shù)為ΔW_i，設(shè)每個(gè)有限元單元中應(yīng)力從最小應(yīng)力到最大應(yīng)力線性變化，應(yīng)變也滿足類(lèi)似規(guī)律，即：

式中，V表示渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件體積，下標(biāo)i表示第i個(gè)單元，在單元內(nèi)變量從小到大的取值分別用上標(biāo)min和max標(biāo)記；通過(guò)對(duì)有效體積內(nèi)離散單元的等效能量密度參數(shù)求和得到等效能量密度參數(shù)表示為：

式中，V₀表示光滑圓棒試樣的考核段體積，V表示渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件體積，表示第i個(gè)單元的等效能量密度參數(shù)，b_W表示能量密度參數(shù)分布指數(shù)，b_W＝m·b_N；

所述步驟(5)中，采用貝葉斯校準(zhǔn)對(duì)b_N進(jìn)行校準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)失效概率為50％下的均值壽命：

兩邊取對(duì)數(shù)獲得貝葉斯校準(zhǔn)模型：

式中，N_f0表示失效概率為50％下的均值壽命，表示光滑圓棒試樣特征疲勞壽命，b_N表示疲勞壽命分布指數(shù)，由步驟(3)確定，并選擇擬合結(jié)果中相關(guān)系數(shù)大于0.9的值擬合得到b_N分布作為先驗(yàn)分布，ε表示擬合誤差，服從正態(tài)分布，記為

將步驟(1)獲得的m組渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件低循環(huán)疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入貝葉斯校準(zhǔn)模型并相乘，取對(duì)數(shù)后得到對(duì)數(shù)似然函數(shù)：

式中，N_f表示渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件低循環(huán)疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，σ表示壽命分布指數(shù)b_N先驗(yàn)分布標(biāo)準(zhǔn)差，N_i表示第i件渦輪盤(pán)結(jié)構(gòu)模擬件低循環(huán)疲勞壽命。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于貝葉斯校準(zhǔn)的渦輪盤(pán)最弱環(huán)非局部概率壽命評(píng)估方法，其特征在于：所述步驟(4)中，有效體積V_EW采用以下方法確定：假設(shè)存在系數(shù)K，K取0.9或0.95，能量密度參數(shù)ΔW大于K倍最大能量密度參數(shù)ΔW_max的體積為有效體積：

式中，[ΔW]表示有效體積V_EW上的能量密度參數(shù)，ΔW表示能量密度參數(shù)，ΔW_max表示最大能量密度參數(shù)，K表示有效體積系數(shù)。