[发明专利]一种涡轮盘结构概率设计系统的构建方法

摘要

一种涡轮盘结构概率设计系统的构建方法，它有六大步骤：一：分析涡轮盘结构概率设计流程，对失效模式进行分析，确定概率设计流程的系统功能模型；二：分别提取轮盘子午面和榫槽的特征参数，完成参数化建模；三：将涡轮盘常用材料以电子表格形式保存，形成材料库工具；四：集成雨流计数程序，处理基准载荷谱，为低循环分析提供主次循环载荷参数并集成MATLAB数据处理函数，用双参数特性函数表示疲劳-蠕变耦合；五：对应变寿命模型的异方差特性进行研究并提供模型，实现对疲劳试验数据的异方差回归处理；六：以任务为基本单元和涡轮盘概率设计流程为核心的原则，搭建涡轮盘结构概率设计系统数据库。本发明在航空航天发动机领域内具有广阔地应用前景。

主权项

一种涡轮盘结构概率设计系统的构建方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：分析涡轮盘结构概率设计流程，涡轮盘概率设计需要收集涡轮盘试验数据和外场使用数据，并对数据进行统计处理，确定涡轮盘初始模型参数和边界条件后，选定其典型失效模式进行可靠性分析，最后通过流程辅助与设计决策体系辅助设计过程并最终评判设计方案，对概率设计流程的分析与拆解，确定了概率设计流程的系统功能模型，包括几何建模、随机变量定义、载荷谱、失效模式分析、设计决策；步骤二：将典型涡轮盘结构分解为轮盘子午面和榫槽两部分，分别对其提取特征参数，完成参数化建模；针对参数化模型，利用vc6.0为开发平台，采用UG OPEN/API对三维建模软件UGNX进行外部开发，实现典型涡轮盘结构的参数化特征建模工具；参数化特征建模工具为涡轮盘结构概率设计系统提供了可不断修改的模型，为概率设计提供了基本保障；步骤三：将涡轮盘常用材料以电子表格形式保存，采用面向对象的OLE技术开发材料库工具，以宏文件的方式提供给有限元分析软件，形成涡轮盘常用材料库工具；本工具不仅能够提供弹性模量、泊松比、线膨胀系数等基本材料参数的需求，同时将循环应力应变曲线采用Ramberg-Osgood方程(1)表示，并对其随机化处理，为整个系统完成涡轮盘概率设计提供了确定性材料和随机化材料； Δϵ t 2 = Δσ 2 E + ( Δσ 2 K ′ ) 1 / n ′ - - - ( 1 ) 式中：Δεt——应变范围；Δσ——应力范围；E——弹性模量K′——循环强度系数；n′——循环应变硬化指数；步骤四：集成雨流计数程序，处理基准载荷谱，为低循环分析提供主次循环载荷参数，同时集成MATLAB的数据处理函数，基本实现独立的数据处理能力，完成对外场数据分布类型的点参估计、区间估计和假设检验；步骤五：在考虑载荷随机和材料随机的基础上，对于Masson-coffin应变寿命模型(2)不仅保留了传统的假设疲劳参数为正态分布的做法，而且对应变寿命模型的异方差特性进行了研究，实现对疲劳试验数据的异方差回归处理，提供应变寿命模型的异方差可靠性模型；疲劳蠕变耦合概率分析中，采用双参数特性(3)表征的疲劳蠕变耦合函数； Δϵ t 2 = σ f t E ( 2 N f ) b + ϵ f t ( 2 N f ) c - - - ( 2 ) 式中：Δεt——应变范围；      σf′——疲劳强度系数；      E——弹性模量；      b——疲劳强度指数；      εf′——疲劳延性系数；      c——疲劳延性指数；      Nf——失效循环数。 D f = 2 - e θ 1 D c + e θ 1 - 2 e θ 2 - 1 ( e θ 2 D c - 1 ) - - - ( 3 ) 式中：Df——疲劳损伤；      Dc——蠕变损伤；     θ1，θ2——材料参数，由实验确定；步骤六：以任务为基本单元，以涡轮盘概率设计流程为涡轮盘结构概率设计系统核心的原则，搭建涡轮盘结构概率设计系统数据库和E-R模型，为概率设计过程提供数据管理和数据支持；系统的任务是按照流程自动建立的，数据库中自动记录用户的操作任务，只有完成了上一步的操作，下一步的任务模块才会在系统工程树列表中显示出来，同时系统会将概率设计流程显示到实时显示窗口中，以红色标记已经完成的任务，实时提醒设计人员。