基于可靠性涡轮盘低循环疲劳寿命优化方法研究

《基于可靠性涡轮盘低循环疲劳寿命优化方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于可靠性的涡轮盘低循环疲劳寿命优化方法研究基于可靠性的涡轮盘低循环疲劳寿命优化方法研究摘要：以涡轮盘典型失效模式—低循环疲劳为研究重点，讨论了载荷谱处理技术，考虑了尺寸、载荷和材料三类随机因素分别开展了涡轮盘低循环疲劳寿命的可靠性分析；进而，通过采用多项式响应面的近似模型和模拟退火寻优技术建立了涡轮盘可靠性优化方法，以某型涡轮盘的低循环疲劳寿命可靠度为可靠性约束指标、涡轮盘重量为目标函数对涡轮盘进行优化设计。关键词：涡轮盘；概率分析；响应面；模拟退火；可靠性优化StudyontheOptimizationMethodsofth

2、eLow-cycleFatigueLifeofTurbineDiskBasedonReliabilityAbstract:Withafocusonthetypicalturbinediskfatiguemodes-lowcyclefatigue,thispaperstudyontheeffectsofloadingspectrumprocessingtechnologyandstrain-liferegressionmodelwithvarianceanalysis,considersthesize,loadandmateria

3、lcategories randomfactorsandcarriesoutlow-cyclefatiguelifeofturbinediskreliabilityanalysis;Then,throughtheuseofpolynomialresponsesurfaceapproximationmodelandthesimulatedannealingoptimizationtechniquetoestablishthereliabilityoftheturbinediskoptimizationmethod andonthi

4、sbasis,carryingonoptimizationdesignofacertainturbinedisk,inwhichlowcyclefatiguelife reliabilityboundforthereliabilityindex,theweightoftheobjectivefunction.Keywords:turbinedisk;probabilityanalysis;responsesurface;annealing;reliabilityoptimization基于可靠性的涡轮盘低循环疲劳寿命优化方法研究

5、引言航空发动机高压涡轮盘是限制整机性能的关键部位之一，因此对于涡轮盘的各类型优化设计层出不穷，目的就在于在保证航空发动机性能的前提下，降低其重量，提高其可靠性。可靠性的概念在现代机械设计与制造中被提到了相当重要的位置，可以说一款机械产品的可靠性是衡量产品质量的一项重要指标。机械一旦发生故障，便可能造成物质损失甚至人身安全事故。因此要求机械产品必须具有较高的可靠性，才能满足使用的需要，尤其是在航空工业更是如此。产品的可靠性可以看作是产品质量的保持性，它构成质量概念的基本内容。既要考虑零部件的失效模式，又要材料的夹杂（材料的随机性）

6、，并能在设计中预测该零部件的可靠度，这已成为机械零部件设计的一个重要研究内容。为此，当进一步考虑材料的随机性影响及零部件本身的工作可靠性时，需要在一般优化设计的基础上建立可靠性优化设计的数学模型，进行可靠性优化设计。可靠性优化设计是在常规优化设计基础上发展起来的一种新的结果设计方法，它的基本框架产生于结构可靠性理论与数学规划方法的有机结合。与常规优化相比，可靠性优化以结构系统的可靠性作为约束，获得满足系统功能要求的最佳设计方案，从而使得设计更为合理，更为适用。1涡轮盘低循环疲劳寿命可靠性分析1.1可靠性分析流程基于可靠性的涡轮盘

7、低循环疲劳寿命优化方法研究本文可靠性分析，不仅考虑载荷和材料的随机性，同时也考虑尺寸的随机性。所以选择UG作为三维建模软件，ANSYS为有限元分析软件，其可靠性分析流程如图1所示。首先对随机变量进行抽样，获取样本点空间，然后根据变量是否为几何尺寸将变量传给UG参数化建模模块，生成新的参数化模型，调用有限元分析软件ANSYS对新的模型和样本点进行仿真，获取响应点空间，构造响应面模型，最后对响应面进行蒙特卡洛抽样模拟，获取特定失效概率情况下的疲劳寿命。图1可靠性分析流程1.2可靠性分析考虑分析对象的周期对称性，计算模型选用1/61扇

8、区模型，见图2，采用周期对称求解。涡轮盘材料为时效强化型镍基合金GH4133。图2涡轮盘实体模型涡轮盘在发动机运行期间转速状况复杂，包含多种使用频率不同的飞行科目，有限元分析中偏安全角度考虑选取基准循环，即“零-最大转速-零”三角波载荷。在低循环疲劳分析中，按照