[發明專利]一種基于擬蒙特卡洛抽樣的渦輪盤裂紋擴展可靠性分析方法

有效

• 申請號: 202110273459.9
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN112906281B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 胡殿印;劉昱;王紹華;王榮橋;劉茜
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所;北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F17/18;G06F119/02;G06F119/04
• 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;鄧治平

1.一種基于擬蒙特卡洛抽樣的渦輪盤裂紋擴展可靠性分析方法，其特征在于，實現步驟如下：

(1)根據裂紋擴展的Paris公式，確定Wiener過程模型兩種時間尺度函數Λ⁽¹⁾(a)和Λ⁽²⁾(a)的數學形式，所述時間尺度函數中含有多個時間項的待定參數，利用極大似然估計確定待定參數初始值，選用遺傳優化算法來進行尋優，進而建立裂紋擴展時變模型；

(2)對渦輪盤進行靜強度分析，確定危險部位，并開展幾何尺寸靈敏度分析篩選出關鍵幾何尺寸，考慮到渦輪盤的幾何尺寸小子樣特征，通過概率-區間方法獲取關鍵幾何尺寸的概率邊界，建立幾何分散性表征模型；

(3)針對渦輪盤偏心孔危險部位，采用孔邊橢圓角裂紋及穿透裂紋對應的經驗公式求解應力強度因子；

(4)基于步驟(2)獲得渦輪盤關鍵幾何尺寸及概率分布特征，并通過擬蒙特卡洛抽樣進行渦輪盤靜強度分析獲取經驗公式所需的遠場應力值進而能夠得到應力分散因子及其分布，再結合基于步驟(1)獲得的裂紋擴展時變模型進行裂紋擴展模擬，其中臨界裂紋長度由斷裂韌度K_IC計算得到，隨后獲取偏心孔部位疲勞裂紋擴展壽命的累積概率分布，進而獲得渦輪盤壽命累積概率分布結果；

所述步驟(1)中，忽略不同試件個體差異的影響時，所述Wiener過程模型描述航空發動機渦輪盤裂紋擴展過程的方程為：

Y(a)＝Λ⁽¹⁾(a)+B(Λ⁽²⁾(a))

式中，Y(a)表示裂紋長度為a或裂紋長度a的函數時的性能參數，包括疲勞循環數N、裂紋擴展速率，單位為da/dN；Λ⁽¹⁾(a)和Λ⁽²⁾(a)分別表示兩種時間尺度函數，B(·)表示標準布朗運動過程；裂紋擴展Wiener過程模型通過渦輪盤標準件、模擬件的多層級試驗數據來建立。

2.根據權利要求1所述的一種基于擬蒙特卡洛抽樣的渦輪盤裂紋擴展可靠性分析方法，其特征在于：

所述步驟(1)中，在獲取Wiener過程模型時間項待定參數值時，Wiener過程模型含有多個參數，采用優化算法來進行求解，選用遺傳優化算法來進行尋優；采取以下方法獲得模型參數的初值：

假設在裂紋擴展試驗中，m個試件在相同的n個裂紋長度a＝(a₁,a₂,…,a_n)下的性能參數為y＝(y₁,y₂,…,y_m)，其中y_i＝(y_i1,y_i2,…,y_in)^T表示第i個試件的性能參數，從而得到第i個試件的性能參數增量△y_i＝(△y_i1,△y_i2,…,△y_in)^T，其中△y_i1＝y_i1,△y_ij＝y_ij-y_i(j-1),i＝1,2,…,m,j＝2,3,…,n，m個試件的似然函數為：

L表示似然函數，f表示概率密度函數，Θ表示待求參數，基于最小二乘法，將均方誤差E_ms達到最小值時的時間尺度函數參數Λ⁽¹⁾(a)作為Θ⁽¹⁾的初值，其中：

λ⁽¹⁾表示增量向量△y₁的均值；再將似然函數達到最大值時的時間尺度函數參數Λ⁽²⁾(a)作為Θ⁽²⁾的初值，從而將遺傳優化算法的參數初值設定為Θ₀＝(Θ⁽¹⁾,Θ⁽²⁾)。