[发明专利]基于应力-强度干涉模型的转子系统圆弧端齿连接结构可靠性评估方法

说明书

本发明公开了一种基于应力‑强度干涉模型的转子系统圆弧端齿连接结构可靠性评估方法，包括：建立参数化有限元模型；通过参数化有限元模型对圆弧端齿进行应力敏感性筛选；通过拟合响应面来代替参数化有限元模型，使用响应面来获取不同输入变量组合时的输出变量；获取圆弧端齿最大等效应力的分布；将圆弧端齿最大等效应力与通过拟合强度样本数据得到的服从某种特定分布的强度构成应力‑强度干涉模型；通过应力‑强度干涉模型求得圆弧端齿连接结构的可靠度。本发明在分析圆弧端齿连接结构强度可靠性时考虑了几何尺寸、材料性能参数、载荷以及零件强度等诸多影响因素的随机性和分散性，使得分析结果更加符合实际情况。

技术领域

本发明属于结构安全可靠性技术领域，涉及转子系统圆弧端齿连接结构强度的可靠性评估技术，具体涉及一种基于应力-强度干涉模型的转子系统圆弧端齿连接结构可靠性评估方法。

背景技术

圆弧端齿结构广泛应用于航空发动机转子部件，用于轴-轴连接、轴-盘连接和盘-盘连接。圆弧端齿在定心、传扭的同时还具有自动定心精度高、热定心特性好、承载能力强、结构紧凑、装拆方便、重量轻等特点，因而广泛应用于现代航空发动机转子系统零部件之间的连接。随着航空发动机性能的不断提高，对航空发动机涡轮转子、压气机转子间的联接方式也提出了更高的要求：在保证飞行安全和高可靠性的前提下，单位质量应尽可能轻、占用空间尽可能小，并要求传递功率大、工作平稳性好、齿面精度高、噪声低等。针对复杂环境下工作的圆弧端齿结构的安全性问题，对其进行可靠性研究是十分必要的。然而，目前对于圆弧端齿结构强度可靠性的研究相对较少，在仅有的少数研究中，也只是考虑将几何参数或者载荷作为单一变量，研究其对圆弧端齿连接结构可靠性的影响。圆弧端齿几何尺寸、材料性能、零件强度以及载荷诸多影响最大应力的因素由于加工误差和材料的分散性，这些影响因素往往呈随机分布。这样便导致分析结果可靠性较差，和实际情况存在差距。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种基于应力-强度干涉模型的转子系统圆弧端齿连接结构可靠性评估方法，其在分析圆弧端齿连接结构强度可靠性时考虑了几何尺寸、材料性能参数、载荷以及零件强度等诸多影响因素的随机性和分散性，使得分析结果更加符合实际情况，可靠性更强。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种基于应力-强度干涉模型的转子系统圆弧端齿连接结构可靠性评估方法，包括如下步骤：

S1：建立参数化有限元模型；

S2：过参数化有限元模型对圆弧端齿进行几何尺寸应力敏感性筛选，将筛选出的几何尺寸同材料参数和载荷一起作为有限元模型的输入变量，将圆弧端齿的最大等效应力作为有限元模型的输出变量；

S3：通过拟合响应面来代替参数化有限元模型，使用响应面来获取不同输入变量组合时的输出变量；

S4：应用Monte Carlo法与响应面结合求出当几何尺寸、材料参数以及载荷服从某种特定随机分布时圆弧端齿最大等效应力的分布；

S5：将步骤S4获取的圆弧端齿最大等效应力与通过拟合强度样本数据得到的服从某种特定分布的强度构成应力-强度干涉模型；

S6：通过应力-强度干涉模型求得圆弧端齿连接结构的可靠度。

进一步地，所述步骤S2中通过统计圆弧端齿的几何尺寸、材料参数和载荷的具体随机分布形式来进行应力敏感性筛选，比如正态分布。

进一步地，所述步骤S3中通过拟合响应面来代替参数化有限元模型的具体方式为：通过有限次的有限元数值分析获得拟合响应面所需的输入输出变量的样本点数据，然后对获取的输入输出变量样本点数据进行拟合回归分析，从而构建输入输出变量间的近似解析表达式，当近似解析表达式符合误差要求时，代替有限元模型。