含裂纹燃气涡轮叶片结构非概率可靠性分析

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1、第8卷第2期航空工程进展V01．8No．22017年5月ADVANCESINAERONAUTICALSCIENCEANDENGINEERINGMay2017文章编号：1674—8190(2017)02—206—07含裂纹燃气涡轮叶片结构非概率可靠性分析孙文彩1’2，杨自春1’2，王磊1’2(1．海军工程大学动力工程学院，武汉430033)(2．海军工程大学舰船高温结构复合材料研究室，武汉430033)摘要：涡轮叶片是燃气轮机装置中失效最频繁的工作部件，其主要的失效模式之一为裂纹扩展而引起的疲劳断裂失效。以含裂纹燃气涡轮叶片为研究对象，根据其典型启动运行工况制定载荷谱，通过瞬态热弹塑性

2、有限元分析确定叶片失效的危险部位，并据此建立含裂纹叶片的实体模型；根据瞬态热弹塑性分析结果和J积分强度判据，对含裂纹叶片进行非概率可靠性分析。通过工程实例，验证了结构非概率可靠性综合模型的可行性和可操作性，为非完善结构的可靠性分析评定提供了新的方法体系。关键词：非概率可靠性；涡轮；叶片；裂纹；J积分中图分类号：TBll4．3文献标识码：ADOI：10．16615／j．cnki．1674—8190．2017．02．013Non‘probabilisticReliabilityAnalysisofGasTurbineBladewithCracksSunWencail”，YangZichu

3、nl”。WangLeil，2(1．CollegeofPowerEngineering，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)(2．InstituteofHighTemperatureStructuralCompositeMaterialsforNavalShip，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China)Abstract：Turbinebladeisthemostfrequentlyfailurecomponentinthegasturbineanditsmainfailure

4、modeisfatiguefailureduetOcrackpropagation．Agasturbinewithcrackistaken3Sthestudyobject．Theloadspec—trumisworkedoutaccordingtothetypicalstartworkingcondition．Thedangerouslocationofthebladeisde—terminedbytransientthermalelastic—plasticfiniteelementanalysis(FEA)，andthenthesolidmodelofcrackedbladefo

5、rFEAisestablished．AccordingtotheJintegralstrengthcriterionandtheresultsoftransientthermalelastic—plasticFEA，thenon-probabilisticreliabilityofthecrackedbladeisanalyzed．Thefeasibilityandopera—bilityofthecomprehensivemodelofstructuralnon-probabilisticreliabilityisverifiedandSOanewmethodisprovidedf

6、orthereliabilityanalysisofimperfectstructures．Keywords：non-probabilisticreliability；turbine；blade；crack；Jintegral0引言涡轮叶片是燃气轮机的核心部件、易损部件，收稿日期：2016-12—26；修回日期：20170301基金项目：国家自然科学基金(51509254)海军工程大学自主立项课题(HGDQNJJl3013HGDQNEQJJl5009)通信作者：孙文彩，sun_wencai@163．com其工作环境恶劣，在高温条件下承受巨大的交变应力，是燃气轮机装置中失效最频繁的工作

7、部件。叶片的主要失效模式之一为裂纹扩展而引起的疲劳断裂失效。非概率可靠性的概念及其理论雏形是由以色列学者Y．Ben—Haim和美国学者I．ElishakoffEl-<提出的，其主要思想是：当结构的不确定性参数的统计信息较少时，可用结构不失效状态下允许的参数最大波动程度来度量结构的可靠度。随后，受该思想的启发，国内外研究人员深刻认识到非概率可第2期孙文彩等：含裂纹燃气涡轮叶片结构非概率可靠性分析207靠性理论发展的重要理论和现实意义，并开展了许多卓有成效的研