一种基于分区的涡轮盘疲劳寿命及失效风险评估方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108804794A(43)申请公布日2018.11.13(21)申请号201810550493.4(22)申请日2018.05.31(71)申请人北京航空航天大学地址100191北京市海淀区学院路37号(72)发明人胡殿印王荣桥刘茜史颖胡如意(74)专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司11251代理人安丽(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种基于分区的涡轮盘疲劳寿命及失效风险评估方法(57)摘要本发明涉及一种基于分区的涡轮盘疲劳寿命及失效风险评估方法，步骤：(1)获取涡轮盘几何、载荷、材料随机变量概率分布。(2)进行涡轮盘有限元分析，获取应力和应变分布，并基于温度分布和应力分布形成初始分区。(3)确定每一个区域失效相应的疲劳寿命模型，代入应力分布和应变分布计算每一个区域的失效风险。(4)选定某一疲劳寿命，基于步骤(3)中各区域的失效风险，进行分区优化得到优化后的分区方案。(5)基于优化后分区方案，重复步骤(3)得到每一个区域输入变量和疲劳寿命的第一级响应面；同时建立每一个分区失效寿命和涡轮盘失效寿命的第二级响应面。基于两级响应面模型，利用协同的方法得到涡轮盘概率寿命概率寿命分布和累积概率分布，即不同寿命下涡轮盘失效风险。CN108804794ACN108804794A权利要求书1/2页1.一种基于分区的涡轮盘疲劳寿命及失效风险评估方法，其特征在于，实现步骤如下：(1)获取随机变量分布：针对涡轮盘可靠性分析中几何、载荷和材料三类随机变量，获取随机变量概率分布；(2)建立初始分区：对涡轮盘进行有限元网格划分，结合几何、载荷和材料三类随机变量分布施加边界条件进行涡轮盘有限元分析，获取应力分布和应变分布，以有限元网格为基本单元，结合随机变量中温度分布和有限元分析得到的应力分布，对应力和温度分布相近的相邻有限元网格单元进行合并，形成涡轮盘初始分区；(3)分区失效风险分析：针对(2)得到的涡轮盘初始分区中温度分布范围，判断初始分区中每一个区域对应的失效模式，针对第i个分区，选择相应失效的疲劳寿命模型，利用步骤(2)中有限元分析得到的应力分布和应变分布，确定第i个分区的疲劳失效寿命Yi，并基于试验设计DOE方法建立随机变量和疲劳寿命之间的多项式代理模型；然后利用蒙特卡罗算法对几何、载荷和材料三类随机变量进行抽样，获取涡轮盘初始分区中每一个区域的疲劳失效寿命的概率分布，从而得到相应的失效风险；(4)分区方案优化：选定某一疲劳寿命，基于步骤(3)初始分区中每一个区域对应的失效风险，进行分区优化得到优化后的分区方案；(5)涡轮盘概率寿命分析：基于优化后的分区方案，重复步骤(3)得到各分区输入随机变量和疲劳失效寿命之间的多项式代理模型，为第一级响应面；优化后的分区方案中每一个区域中有一处发生失效，则涡轮盘发生失效，据此建立优化后的分区方案中每一个区域的疲劳失效寿命和涡轮盘疲劳失效寿命的响应面关系，为第二级响应面；基于两级响应面模型，利用协同的方法得到涡轮盘概率寿命分布，从而最终得到涡轮盘失效风险。2.根据权利要求1所述的一种基于分区的涡轮盘疲劳寿命及失效风险评估方法，其特征在于：所述步骤(1)中，随机变量概率分布获取方法为：①通过灵敏度分析筛选涡轮盘关键几何尺寸，针对关键几何尺寸通过真实涡轮盘测量得到几何随机变量概率分布；②基于外场统计数据采用载荷谱转换方法获取载荷随机变量概率分布；③针对优化后分区方案中每一个区域对应涡轮盘的相应区域进行取样，开展取样件标准件试验，利用贝叶斯推理方法获取材料随机变量概率分布。3.根据权利要求1所述的一种基于分区的涡轮盘疲劳寿命及失效风险评估方法，其特征在于：所述步骤(2)中，对应力和温度分布相近的相邻有限元网格单元进行合并时，以温度50℃-100℃和应力50Mpa-100Mpa为间隔合并相邻有限元网格。4.根据权利要求1所述的一种基于分区的涡轮盘疲劳寿命及失效风险评估方法，其特征在于：所述步骤(3)中，初始分区中每一个区域对应的失效模式包括低循环疲劳、高低周复合疲劳、蠕变-疲劳。5.根据权利要求1所述的一种基于分区的涡轮盘疲劳寿命及失效风险评估方法，其特征在于：所述步骤(4)中，分区优化方法为对于失效风险大于等于整体失效风险水平2/3的区域，基于应力分布和温度分布，缩小应力和温度分布的间隔，对区域进行重新细化分区，对于失效风险小于整体失效风险水平1/3的区域，扩大应力和温度分布的间隔，合并应力和温度相邻区域。6.根据权利要求1所述的一种基于分区的涡轮盘疲劳寿命及失效风险评估方法，其特2CN108804794A权利要求书2/2页征在于：所述步骤(5)中，协同方法