[发明专利]一种基于EGRA的涡轮盘多失效模式可靠性优化方法

说明书

本发明涉及一种基于EGRA的涡轮盘多失效模式可靠性优化方法，步骤：(1)对涡轮盘扇区进行参数化建模，分析涡轮盘几何参数灵敏度，选出设计变量；(2)对设计变量进行LHC抽样，分别计算每个抽样点处的各失效模式下的寿命，建立各失效模式可靠性模型；(3)对各失效模式的可靠性模型用高效全局可靠性分析方法(EGRA)评估，若大于收敛极限，向初始模型中增加样本点，直至模型收敛；(4)用(3)中更新的可靠性模型拟合各失效模式下的寿命，根据相关形式得到系统寿命并对其进行优化求解，若优化结果不满足系统可靠性要求，计算最优点真实寿命值，并添加到可靠性模型中以更新模型，重复检验收敛性和更新模型的步骤直到满足系统可靠度，得到优化结果。

技术领域

本发明是一种针对航空发动机涡轮盘多失效模式可靠性优化方法，特别是它是一种基于EGRA的涡轮盘多失效模式可靠性优化方法，能够考虑不同部位采样、多种失效模式的可靠性优化设计方法，属于航空航天发动机技术领域。

背景技术

航空发动机是一种极限产品，工作在高温、高压、高转速等的复杂载荷/环境下；发动机性能及安全性指标的提高，要求发动机重量轻、长寿命、高可靠性(如，安全飞行对发动机结构件要求低的破坏概率，可达10^-5-10^-7次/飞行小时)。传统的可靠性分析方法只考虑单一危险点在单一失效模式下的疲劳寿命，预测精度较差难以指导工程实际应用。

涡轮盘疲劳寿命预测时，未考虑不同失效模式的差异及其对涡轮盘整体疲劳寿命的影响，而本发明考虑涡轮盘不同部位多种失效模式对涡轮盘疲劳寿命的影响，可以得到具有一定可靠度的涡轮盘疲劳寿命和失效风险，用于涡轮盘可靠性优化设计。

现有文献李晓科.RBDO中的高效解耦与局部近似方法研究[D].华中科技大学,2016.中提到了一种高效全局可靠性分析方法：EGRA。通过一个期望可行性函数EFF指导可靠性模型序列抽样，来使更多的样本点落在对可靠性影响较大的区域，在保证局部精度的同时，提高了效率。但如果把该文献中的方法直接运用于多失效模式的可靠性分析中，需要对各失效模式的可靠性模型分别进行序列抽样，以提高模型精度。而实际上有一些失效模式对系统的影响不大，把昂贵的序列抽样用在这些对系统失效影响不大的失效模式上，导致了大量计算量的浪费。本发明将EGRA方法与涡轮盘多失效模式相结合，考虑低循环疲劳和蠕变-疲劳同时作用的工作环境，根据不同失效模式间相关的形式，建立多失效模式的EFF函数，通过直接对多失效模式的EFF函数分析，将序列采样样本点集中于多失效模式的系统极限状态边界附近，在对涡轮盘多失效模式系统保证了高分析精度的同时，减少了将序列样本点分布于对系统失效不重要的区域，减少了样本点的数量，提高了对多失效模式系统可靠性分析的效率专利申请人所在单位现有专利“一种考虑多部位及多失效模式的涡轮盘损伤容限评估方法”(专利号CN201611266927.5,公告号:CN106644784A)分别考虑了三种涡轮盘典型的失效模式，基于试验数据预测寿命，分别讨论了各失效模式对涡轮盘寿命的影响，但并未考虑多失效模式之间的相关关系以及多失效模式同时作用对涡轮盘的影响。而工程实际中，各失效模式之间并不是独立存在的，失效模式之间存在相关，本发明研究了涡轮盘常见的失效模式之间的相关关系，并依靠该关系建立了多失效模式下的涡轮盘系统寿命与单一失效模式寿命的关系。

发明内容

本发明技术解决方案：克服现有技术的不足，提供一种考虑多失效模式的涡轮盘可靠性优化方案，对现有的涡轮盘进行寿命优化，提高了可靠性。

本发明技术解决方案：一种基于EGRA的涡轮盘多失效模式可靠性优化方法，概括起来，主要包括：涡轮盘设计变量选取、单一失效模式可靠性建模、多失效模式可靠性建模、多失效模式可靠性优化四个部分。寿命可靠性设计包括可能引起涡轮盘结构破坏的多个失效模式(如低循环疲劳失效，蠕变-疲劳失效等)的寿命可靠性设计，其中考虑材料和几何尺寸等随机因素的分散性对疲劳寿命的影响，针对不同失效模式对系统失效的影响程度的差异，发展了考虑多失效模式的可靠性分析模型，并基于此模型对涡轮盘展开考虑多失效模式的可靠性设计优化。

实现步骤如下：