[發明專利]一種基于學科分解的多失效結構分布式協同可靠性方法

在審

• 申請號: 202210084456.5
• 申請日: 2022-01-25
• 公開（公告）號: CN114417670A
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 宋魯凱;白廣忱;李雪芹;張紅;羅安平
• 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;G06F30/28;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

本發明公開了一種基于學科分解的多失效結構分布式協同可靠性方法，應用于航空發動機可靠性技術領域。包括以下步驟：首先將多失效結構的多種失效模式按照各自分屬的學科進行拆解，開展單一學科的響應分析，建立各學科響應的分布式代理模型；然后，利用協同抽樣技術聯動抽取各學科響應，利用所建立的分布式代理模型完成多失效結構分布式協同可靠性分析；最后將多失效結構的可靠性分析結果導入Copula相關性模型，以仿真結果評估多失效模式之間的相關性。與現有技術相比，本發明將基于學科分解的分布式協同代理模型與能夠定量量化相關性的Copula函數相結合，不僅精確量化了各失效模式之間的失效相關性，還保證了較高的計算精度和效率。

技術領域

本發明是一種針對蘊含多種失效模式的多失效結構的可靠性方法，特別涉及一種基于學科分解的多失效結構分布式協同可靠性方法。該方法能夠考慮多種失效模式之間的相關性，屬于航空發動機可靠性技術領域。

背景技術

諸如渦輪葉片等多失效結構，在流、固、熱等多物理場載荷的耦合作用下，將引發低周疲勞、高周疲勞、蠕變等多種失效模式，其設計分析問題是涉及多個功能函數、多個學科響應的復雜設計分析問題。譬如，在航空發動機渦輪葉片結構中，基于應變疲勞特性建立低周疲勞功能函數，需要針對工作狀態進行擬靜力學響應分析；而基于應力疲勞特性建立高周疲勞功能函數，則需要針對結構振動進行動態響應分析。然而，多失效結構多學科響應確定性的協同分析已經比較繁瑣，在此基礎上進行多學科協同響應概率分析，其計算效率和計算精度問題將成為制約其工程應用的瓶頸。代理模型方法是提高多失效結構概率分析計算效率的慣用方法。目前該方法已廣泛應用于一般工程結構的概率分析，顯示出了一定優越性。但是，多失效結構的多種失效模式對應的功能函數往往分數分屬不同學科，因此在多失效結構可靠性分析時中勢必要進行多學科的概率分析。如果直接建立整體式代理模型，所建立的代理模型很難精確反映多學科響應與隨機變量間的復雜映射關系，無法保證其計算精度；如果在建立代理模型時進行各學科的交互運算，其計算效率又很低，不具備工程實用價值，以至于傳統代理模型方法也面臨著計算精度和效率的嚴峻挑戰。

發明內容

本發明要解決的技術問題為：克服現有技術的不足，提供一種考慮多模式失效相關性的多失效結構分布式協同可靠性方法，提高航空發動機多失效結構可靠性計算精度和效率。

本發明采用的技術方案是：一種基于學科分解的多失效結構分布式協同可靠性方法，包括：

步驟S1，針對包含多種失效模式的多失效結構，根據工程實際統計多失效結構失效模式的種類及數量；所述的包含多種失效模式的多失效結構是指在流體載荷、熱載荷、固體載荷復雜載荷的作用下產生多種失效模式的復雜工程結構，多種失效模式包括：低周疲勞失效、高周疲勞失效、蠕變-疲勞失效；

步驟S2，將多失效模式按照分屬學科的不同進行拆解，分別開展單一學科的響應分析，獲得單一學科的輸出響應即各學科響應；所述的學科包括流體力學、熱力學、固體力學等；

步驟S3，根據各失效模式的特點，分別獲取每個失效模式的輸入隨機變量和輸出響應，并將每個失效模式的輸入隨機變量和輸出響應作為多失效結構的輸入參數和響應參數；所述的各失效模式特點包括低周疲勞失效需要針對狀態循環進行擬靜力學響應分析，周疲勞需要針對結構進行動態響應分析；

步驟S4，對多失效結構進行確定性分析，獲取多失效結構的危險部位，完成確定性有限元分析，得到確定性有限元仿真結果；

步驟S5，利用協同抽樣技術抽取約為30-200的小批量輸入樣本，結合確定性有限元仿真結果，獲得多失效結構危險部位一一對應的輸出響應，建立蘊含相關關系的輸入參數和響應參數的數據庫；

步驟S6，對各學科響應建立不同類型的分布式代理模型，根據步驟5建立的輸入參數和響應參數數據庫擬合代理模型，選取精度最高的代理模型作為各學科響應的最優代理模型；

步驟S7，基于抗力概率分布模型與廣義“應力-強度”干涉方法，建立多模式失效相關的可靠性模型；