[發明專利]基于應力-強度干涉模型的轉子系統圓弧端齒連接結構可靠性評估方法

在審

• 申請號: 202110240187.2
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN112906278A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張宏建;劉帥;崔海濤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F111/08;G06F119/02;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

本發明公開了一種基于應力?強度干涉模型的轉子系統圓弧端齒連接結構可靠性評估方法，包括：建立參數化有限元模型；通過參數化有限元模型對圓弧端齒進行應力敏感性篩選；通過擬合響應面來代替參數化有限元模型，使用響應面來獲取不同輸入變量組合時的輸出變量；獲取圓弧端齒最大等效應力的分布；將圓弧端齒最大等效應力與通過擬合強度樣本數據得到的服從某種特定分布的強度構成應力?強度干涉模型；通過應力?強度干涉模型求得圓弧端齒連接結構的可靠度。本發明在分析圓弧端齒連接結構強度可靠性時考慮了幾何尺寸、材料性能參數、載荷以及零件強度等諸多影響因素的隨機性和分散性，使得分析結果更加符合實際情況。

技術領域

本發明屬于結構安全可靠性技術領域，涉及轉子系統圓弧端齒連接結構強度的可靠性評估技術，具體涉及一種基于應力-強度干涉模型的轉子系統圓弧端齒連接結構可靠性評估方法。

背景技術

圓弧端齒結構廣泛應用于航空發動機轉子部件，用于軸-軸連接、軸-盤連接和盤-盤連接。圓弧端齒在定心、傳扭的同時還具有自動定心精度高、熱定心特性好、承載能力強、結構緊湊、裝拆方便、重量輕等特點，因而廣泛應用于現代航空發動機轉子系統零部件之間的連接。隨著航空發動機性能的不斷提高，對航空發動機渦輪轉子、壓氣機轉子間的聯接方式也提出了更高的要求：在保證飛行安全和高可靠性的前提下，單位質量應盡可能輕、占用空間盡可能小，并要求傳遞功率大、工作平穩性好、齒面精度高、噪聲低等。針對復雜環境下工作的圓弧端齒結構的安全性問題，對其進行可靠性研究是十分必要的。然而，目前對于圓弧端齒結構強度可靠性的研究相對較少，在僅有的少數研究中，也只是考慮將幾何參數或者載荷作為單一變量，研究其對圓弧端齒連接結構可靠性的影響。圓弧端齒幾何尺寸、材料性能、零件強度以及載荷諸多影響最大應力的因素由于加工誤差和材料的分散性，這些影響因素往往呈隨機分布。這樣便導致分析結果可靠性較差，和實際情況存在差距。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，提供一種基于應力-強度干涉模型的轉子系統圓弧端齒連接結構可靠性評估方法，其在分析圓弧端齒連接結構強度可靠性時考慮了幾何尺寸、材料性能參數、載荷以及零件強度等諸多影響因素的隨機性和分散性，使得分析結果更加符合實際情況，可靠性更強。

技術方案：為實現上述目的，本發明提供一種基于應力-強度干涉模型的轉子系統圓弧端齒連接結構可靠性評估方法，包括如下步驟：

S1：建立參數化有限元模型；

S2：過參數化有限元模型對圓弧端齒進行幾何尺寸應力敏感性篩選，將篩選出的幾何尺寸同材料參數和載荷一起作為有限元模型的輸入變量，將圓弧端齒的最大等效應力作為有限元模型的輸出變量；

S3：通過擬合響應面來代替參數化有限元模型，使用響應面來獲取不同輸入變量組合時的輸出變量；

S4：應用Monte Carlo法與響應面結合求出當幾何尺寸、材料參數以及載荷服從某種特定隨機分布時圓弧端齒最大等效應力的分布；

S5：將步驟S4獲取的圓弧端齒最大等效應力與通過擬合強度樣本數據得到的服從某種特定分布的強度構成應力-強度干涉模型；

S6：通過應力-強度干涉模型求得圓弧端齒連接結構的可靠度。

進一步地，所述步驟S2中通過統計圓弧端齒的幾何尺寸、材料參數和載荷的具體隨機分布形式來進行應力敏感性篩選，比如正態分布。

進一步地，所述步驟S3中通過擬合響應面來代替參數化有限元模型的具體方式為：通過有限次的有限元數值分析獲得擬合響應面所需的輸入輸出變量的樣本點數據，然后對獲取的輸入輸出變量樣本點數據進行擬合回歸分析，從而構建輸入輸出變量間的近似解析表達式，當近似解析表達式符合誤差要求時，代替有限元模型。