[发明专利]一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法

说明书

一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法，其具体过程如下：通过改变各个叶片的弹性模量来模拟叶盘失谐，确定影响叶盘振动可靠性的因素；对影响因素中结构载荷进行分析；在结构载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、瞬态响应分析，获取叶盘振动可靠性分析的基本参数；构建失谐叶盘振动可靠性分析的多重响应面法数学模型；采用多重响应面法对失谐叶盘振动进行可靠性的分析；对多重响应面法进行有效性验证。本发明方法计算速度快、精度高，能直观展现输出响应的变化关系，为可靠性工程分析提供了一种新途径。

本发明涉及一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法，属于可靠性理论技术领域。

背景技术

航空发动机的叶盘受到气动载荷、温度载荷、机械载荷等影响，且其所受的振动载荷不断增加，振动引起的故障越来越多，航空发动机叶盘结构通常具有循环对称性，但由于加工误差、材料性质、运行磨损等原因，各个叶盘的特性不可避免地存在微小差异，即失谐，失谐破坏了结构的循环对称性导致其振动能量集中在一个或几个叶片上，使这些叶片的振幅达到其他叶片幅值的几倍，造成局部叶片的应力失效，因此对于失谐叶盘的振动可靠性概率分析非常必要。

可靠性分析已在土木建筑、水利等领域广泛的使用，近年来应用于机械结构的可靠性分析、灵敏度分析等领域，空发动机叶盘振动可靠性的分析是一种复杂的动态概率分析，实际上也是一个随机过程问题，用传统的响应面法对航空发动机叶盘结构振动可靠性的计算量仍然非常大，而且效率不高，不能满足其精度和效率的需要。

发明内容

本发明的目的是：把失谐因素考虑到叶盘振动可靠性分析中，考虑影响叶盘振动可靠性外部载荷的随机性和结构参数的随机性。通过分析得到失谐叶盘的模态局部化和振动响应局部化，进行失谐叶盘振动可靠性计算时，考虑流-固耦合场之间的相互影响以及材料属性，针对传统计算方法的不足，提出一种计算航空发动机叶盘振动可靠性的多重响应面法，保证其精度，提高其计算速度和效率，

本发明考虑了叶盘的失谐情况，提出了一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法，其具体过程如下：

a、通过改变各个叶片的弹性模量来模拟叶片失谐；

b、确定叶盘失谐可靠性分析的基本参数作为随机输入变量；

c、对影响因素中流-固耦合载荷间传递过程进行分析；

d、在流-固耦合载荷影响下对失谐叶盘进行振动模态分析、瞬态动力学分析获取叶盘振动可靠性分析的基本参数；

e、构建失谐叶盘振动可靠性分析的多重响应面法数学模型；

f、采用多重响应面法对失谐叶盘进行振动可靠性的分析；

g、对多重响应面法进行有效性验证。

所述的一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法，所述的步骤a中，叶盘结构的失谐主要源于各种因素导致的叶片间的差别，通过改变叶片弹性模量来模拟叶片的失谐，并把失谐当成随机影响因素进行考虑。

所述的一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法，所述的步骤b中，根据发动机叶盘振动故障分析，确定影响失谐叶盘振动可靠性的外部载荷因素和本身结构性能参数。

所述的一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法，所述的步骤c中，利用ANSYS软件内部程序通过插值法将流体分析得到的气动压力数据传递给叶盘结构，利用单元形函数与单元节点位移得到分析对象所需的数值，将其作为输入载荷，通过有限元软件的借口传递到叶盘上，通过单元形函数对其进行结构场的分析。

所述的一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法，所述的步骤d中，在步骤c中流-固耦合载荷影响下，对叶盘进行振动模态分析，对模态局部化进行定性描述，通过瞬态动力学分析，计算出各叶片随时间变化的变形、应力和应变值，为失谐叶盘振动可靠性的计算提供参数。