随机载荷作用下涡轮盘结构的概率疲劳寿命预测方法.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CN107194050A(43)申请公布日2017.09.22(21)申请号201710329177.X(22)申请日2017.05.11(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人朱顺鹏雷强刘强喻正勇周杰彭卫文黄洪钟(74)专利代理机构成都宏顺专利代理事务所(普通合伙)51227代理人周永宏(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图4页(54)发明名称随机载荷作用下涡轮盘结构的概率疲劳寿命预测方法(57)摘要本发明公开了一种随机载荷作用下涡轮盘结构的概率疲劳寿命预测方法，本发明综合考虑材料的疲劳寿命随机特性以及载荷随机性的疲命预测，通过对涡轮盘材料疲劳试验数处理并据绘制P-S-N曲线，以及对涡轮盘造成疲劳损伤的“起动-最大-起动”、“慢车-最大-慢车”两种典型工况的P-S-N曲线。考虑转速、材料的性能、几何尺寸等数据的不确定性导致的承受载荷的随机性，基于涡轮盘典型工况下的P-S-N曲线，展开随机载荷作用下的涡轮盘概率疲劳寿命预测，分析载荷分散性与涡轮盘寿命之间的关系，最终获得综合考虑材料与载荷的不确定因素影响的预测寿命以及涡轮盘寿命随着载荷分散性变化的关系，从而达到定量分析涡轮盘概率疲劳寿命及可靠度的目的。CN107194050ACN107194050A权利要求书1/1页1.一种随机载荷作用下涡轮盘结构的概率疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：步骤1：根据航空发动机涡轮盘结构特征，施加载荷及边界条件，通过有限元分析方法获得涡轮盘结构在不同工况下危险部位的应力和应变数据；步骤2：根据步骤1所得涡轮盘各工况下的应力水平，运用平均应力修正的等效应力幅值与平均棘轮应变速率之间的函数关系，得到涡轮盘各工况下的平均棘轮应变速率；运用塑性应变计算公式，得到涡轮盘各工况下的塑性应变范围；步骤3：根据步骤2得到的轮盘平均棘轮应变速率、塑性应变范围，以及步骤1所得涡轮盘各工况下的应力比，通过基于延性耗散理论，综合考虑平均应力与棘轮效应的疲劳寿命预测模型，对涡轮盘各工况的疲劳寿命进行预测；步骤4：运用轮盘材料的疲劳试验数据，绘制P-S-N曲线；结合步骤1所得涡轮盘各工况下的应力，给出涡轮盘不同工况下的P-S-N曲线参数，并绘制P-S-N曲线；步骤5：根据步骤4得到的涡轮盘不同工况下的P-S-N曲线参数，运用线性累积损伤理论，得到随机载荷作用下的涡轮盘疲劳累积损伤及概率疲劳寿命；步骤6：通过计算不同载荷分散性下的涡轮盘疲劳寿命，计算得到不同存活率下随机载荷分散性与涡轮盘寿命之间的关系。2.根据权利要求1所述的一种随机载荷作用下涡轮盘结构的概率疲劳寿命预测方法,其特征在于，步骤3所述的疲劳寿命预测模型具体为：其中，C与α为材料参数，由实验数据拟合获得；R为应力比；Δεin为非弹性应变范围；为平均棘轮应变速率。3.根据权利要求1所述的一种随机载荷作用下涡轮盘结构的概率疲劳寿命预测方法,其特征在于，步骤2所述的塑性应变范围具体为：其中，K′表示循环强度系数；n′表示循环应变硬化系数；Δεp表示塑性应变范围；Δσ为应力范围。2CN107194050A说明书1/8页随机载荷作用下涡轮盘结构的概率疲劳寿命预测方法技术领域[0001]本发明属于可靠性技术领域，涉及机械产品的可靠性设计与寿命预测，具体涉及面向航空发动机轮盘的可靠性设计与寿命预测。背景技术[0002]航空发动机结构复杂，零部件数量繁多，是飞机工作的动力来源，对飞机的安全性和可靠性有着十分重要的影响。在服役过程中，飞机每一次起飞到降落，由于经历起飞、加速、空中巡航、着陆和滑行等各种飞行任务，承受着复杂的机械载荷和热载荷等复杂的交变循环载荷，容易产生疲劳断裂破坏。当前，对航空发动机的高新技术提出了更高的要求，已经从追求高性能进入到综合考虑飞行性能、使用寿命、可靠性和全寿命周期费用的新时代。因此，准确地预测航空发动机的寿命与评估其可靠性，最大限度安全地发挥其作用，是国内外重点研究的课题。[0003]涡轮盘作为航空发动机的关键部件之一，其工作状态具有高温、高压和高转速等特点，承受着由本身高速旋转产生的离心力，轮缘部位与轮盘中心部位温度梯度造成的热应力，以及振动应力、装配应力等载荷的作用。影响涡轮盘寿命的因素包括低周疲劳、腐蚀、振动、磨损等，其中，低周疲劳破坏是其最主要的失效模式。随着推重比、油耗等航空发动机性能的要求日益提高，涡轮盘的工作的转速和温度不断提高，其承受的循环机械载荷和热载荷更加严酷和复杂。涡轮盘的疲劳断裂失效会对航空发动机造成灾难性的破坏，其断裂的碎片可能击穿机匣和邮箱，对飞机的安全性造成严重的危险。因此，对涡轮盘的疲劳寿命和