[發明專利]一種基于貝葉斯校準的渦輪盤非局部概率壽命評估方法

有效

• 申請號: 201910846133.3
• 申請日: 2019-09-09
• 公開（公告）號: CN110532726B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 胡殿印;王榮橋;胡如意;劉茜
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/04;G06F111/10
• 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貝葉斯校準的渦輪盤最弱環非局部概率壽命評估方法，分別設計光滑圓棒試樣和渦輪盤特征部位結構模擬件，開展試樣低循環疲勞試驗；采用最小二乘法回歸分析建立三參數冪函數壽命模型；基于結構最弱環法建立渦輪盤結構模擬件疲勞壽命Weibull可靠度函數，采用Weibull分布參數估計法確定壽命分布指數b_N及其分布；計算等效能量密度參數獲得渦輪盤結構模擬件的疲勞壽命Weibull可靠度函數，得到預測中值壽命N_P；采用貝葉斯校準對b_N進行校準，采用校準后的b_N重新獲得渦輪盤結構模擬件的疲勞壽命Weibull可靠度函數，得到渦輪盤結構模擬件預測中值壽命和±3σ壽命曲線。

技術領域

本發明是一種針對航空發動機渦輪盤的非局部概率壽命評估方法，它是一種基于結構最弱環法進行疲勞壽命評估并采用貝葉斯校準模型參數、能夠考慮尺寸效應對疲勞壽命的影響的分析方法，屬于航空航天發動機技術領域。

背景技術

渦輪盤作為航空發動機的關重件和限壽件，其壽命可靠性直接關系到飛機和發動機的使用安全。先進發動機的發展需要包括渦輪盤在內的結構件在不斷減輕重量以保證高性能的同時，滿足越來越苛刻的高可靠性、長壽命的要求。因此，針對渦輪盤展開全面精確的壽命可靠性評估，是發動機提升性能和保證安全的必要手段。

目前渦輪盤的壽命可靠性評估常采用傳統的“熱點法”(Hot Spot Method)，又稱“危險點法”，方法以結構危險點為考核對象，將危險點的壽命水平作為結構整體的壽命評估結果。隨著航空發動機性能和安全性要求的不斷提升，熱點法的局限性越來越明顯。

首先，熱點法忽略了渦輪盤螺栓孔、封嚴蓖齒等應力集中部位的應力梯度對疲勞壽命的影響，往往會給出偏保守的結果，容易造成結構冗余，不利于充分挖掘結構的性能；其次，熱點法往往基于標準試樣疲勞試驗數據對結構進行壽命可靠性評估，忽略了試樣與實際渦輪盤之間的體積差異對疲勞壽命的影響，體積越大包含材料缺陷的概率越高，相同載荷水平下，材料缺陷萌生為裂紋的概率也越高，壽命越低，因此無法完全保證渦輪盤的絕對安全。

發明內容

本發明技術解決方案：克服現有技術的不足，提供一種基于貝葉斯校準的渦輪盤最弱環非局部概率壽命評估方法，能夠考慮應力梯度和體積差異對渦輪盤疲勞壽命的影響，進一步提高渦輪盤疲勞壽命預測精度。

本發明解決方案：

一種基于貝葉斯校準的渦輪盤最弱環非局部概率壽命評估方法，包括以下步驟：

(1)針對渦輪盤不同部位盤緣、輻板和盤心材料性能差異和結構特征部位應力集中，分別設計光滑圓棒試樣和渦輪盤特征部位結構模擬件，并對渦輪盤盤坯取樣，通過開展光滑圓棒應變控制低循環疲勞試驗，獲得材料的低循環疲勞試驗數據；通過開展不同尺寸比例的渦輪盤結構模擬件應力控制試驗，獲得渦輪盤結構特征部位低循環疲勞壽命試驗數據；

(2)基于步驟(1)獲得的材料低循環疲勞試驗數據，采用最小二乘法回歸分析建立反映能量密度參數和壽命關系的三參數冪函數壽命模型；

(3)結合步驟(1)獲得的材料低循環疲勞試驗數據和渦輪盤特征部位低循環疲勞壽命試驗數據，基于結構最弱環法建立渦輪盤結構模擬件疲勞壽命的Weibull可靠度函數，采用Weibull分布參數估計法確定Weibull可靠度函數的壽命分布指數b_N及其分布；

(4)對渦輪盤結構模擬件進行有限元分析，結合步驟(3)獲得的壽命分布指數b_N計算渦輪盤結構模擬件有效體積V_EW上的等效能量密度參數進而根據步驟(2)建立的三參數冪函數壽命模型得到渦輪盤結構模擬件的疲勞壽命Weibull可靠度函數。當可靠度或失效概率取0.5時，得到渦輪盤結構模擬件的預測中值壽命N_P；