[发明专利]增压器涡轮叶片振动可靠性指标评价方法

说明书

技术领域

本发明属于增压器涡轮叶片振动分析与结构可靠性评价方法，具体涉及一种增压器涡轮叶片振动可靠性指标评价方法。 

背景技术

涡轮增压器是发动机功率强化和改善其性能的关键部件，涡轮作为增压器的核心零部件之一，其可靠性在很大程度上决定着涡轮增压器的可靠性与使用寿命。叶片振动失效是增压器涡轮的一种重要失效模式。增压器运行过程中涡轮叶片承受着周期性变化力的作用(即使叶片产生强迫振动的激振力)，当激振力的频率与叶片固有频率相等或成整数倍时，叶片便会发生共振。叶片共振时应力将急剧增大，最终导致叶片因疲劳而发生断裂。涡轮某个叶片如果发生折断，就会把相邻叶片甚至所有叶片在短时间内打坏，造成整台增压器故障，使发动机无法正常工作。 

为防止增压器涡轮叶片发生共振，应尽可能地提高叶片的固有频率，但是在追求较高叶片固有频率的同时，却会造成涡轮气动性能的下降。因此，在设计阶段，针对涡轮叶片振动失效模式，需要采用合理的可靠性评价方法与可靠性指标确定模型，对涡轮的叶片振动可靠性进行准确的分析与评价。进而，根据可靠性要求，科学地进行涡轮的结构设计，既保证涡轮具有较高的叶片振动可靠性，又不过分地牺牲涡轮的气动性能。 

对于车用涡轮增压器，由于发动机工作剖面的复杂性与多变性，涡轮转速的变化范围较大，且在实际工作中受各种因素的影响表现出一定的随机性。同时，增压器涡轮在制造过程中，由于受材料性能分散性、工艺过程不稳定性等因素影响，实际涡轮的叶片固有频率均具有一定的分散性。 

现有针对涡轮叶片振动失效模式的可靠性评价方法，通常将涡轮叶片一阶固有频率平均值大于若干倍涡轮额定转速频率(例如，涡轮叶片一阶固有频率平均值大于5倍涡轮额定转速频率)作为其可靠性评价准则，不能够全面客观地反映“涡轮具有的叶片数、叶片固有频率分散性、涡轮工作转速随机性、叶片谐振阶数、寿命指标”等参数对涡轮叶片振动可靠性的影响，无法确定出涡轮对应叶片振动失效模式的可靠度、失效率等可靠性指标随寿命的变化规律以及指定可靠性指标要求所对应的涡轮寿命，难以有效地指导涡轮的结构设计。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述不足，提供一种增压器涡轮叶片振动可靠性指标评价方法。该方法针对涡轮叶片振动失效模式，能够全面体现“涡轮叶片数、叶片固有频率分散性、涡轮转速随机性、叶片谐振阶数、寿命指标”等参数对涡轮可靠性的影响，根据涡轮设计参数和使用剖面(或试验剖面)确定出涡轮可靠度、失效率等可靠性指标随寿命的变化规律；并能够确定出满足给定可靠性要求的涡轮寿命指标。 

本发明技术方案： 

1、一种增压器涡轮叶片振动可靠性指标评价方法，它包括以下步骤： 

a、确定涡轮叶片振动一阶固有频率c₁的概率分布特征参数，根据涡轮的设计参数，运用有限元仿真方法或试验测试方法，确定涡轮叶片振动一阶固有频率c₁的概率密度函数f_c1(c₁)和累积分布函数F_c1(c₁)， 

b、确定涡轮叶片发生共振所对应的最小谐振阶数k_min，利用涡轮叶片振动频率-涡轮转速共振线图，结合增压器在实际使用过程中可能出现的涡轮最高转速，确定涡轮叶片发生共振所对应的最小谐振阶数k_min， 

c、确定涡轮工作转速n_T的概率分布特征参数，结合发动机使用剖面或试验 剖面，通过对增压器在指定寿命单位，寿命单位是一次试验循环、指定的车辆行驶里程、指定的发动机运行时间内的涡轮转速进行统计分析，确定涡轮转速n_T的概率密度函数 和累积分布函数 

d、确定涡轮对应叶片振动失效模式的可靠度，将涡轮的叶片振动一阶固有频率c₁概率分布、涡轮工作转速n_T概率分布、涡轮叶片数N、叶片最小谐振阶数k_min等参数代入式(1)，确定涡轮叶片振动的可靠度，