[发明专利]基于Model-Free抽样的涡轮机匣低周疲劳寿命预测方法

说明书

本公开提供了一种基于Model‑Free抽样的涡轮机匣低周疲劳寿命预测方法，属于航空技术领域。该方法包括建立涡轮机匣参数化有限元模型；获取涡轮机匣低周疲劳寿命的原始观测样本；根据所述原始观测样本，采用Model‑Free抽样方法进行扩充获得扩充样本；根据所述扩充样本，结合Edgeworth级数方法获得涡轮机匣的低周疲劳寿命预测结果。本公开将基于少量已经通过有限元分析获得机匣模型的低周疲劳数据，通过Model‑free抽样方法来获得大量机匣低周疲劳数据，并根据这些数据通过Edgeworth级数方法来估计涡轮机匣低周疲劳寿命的预测结果，提高低周疲劳寿命概率分布预测的效率。

技术领域

本公开涉及航空技术领域，尤其涉及一种基于Model-Free抽样的涡轮机匣低周疲劳寿命预测方法。

背景技术

现代航空发动机的显著特点是高转速、高推重比、转子更加柔性化、结构日趋复杂，导致发动机故障失效的因素逐步增多，发动机的疲劳裂纹问题也十分突出。发动机疲劳裂纹的产生会对发动机和飞机的性能以及可靠性产生显著影响。据统计，发动机中许多零件、部件以及飞机上的一些结构、零件的提前损坏都与发动机疲劳裂纹产生有关。因此，在发动机设计和使用过程中，准确分析和监测发动机的疲劳失效就显得尤其重要。机匣是航空发动机的重要零件之一，它是发动机支承转子和固定静子的重要部件，因此机匣是发动机的重要承力和传力部件。此外，机匣还与其他部件一起构成发动机的气流通道。机匣外形结构复杂，不同的发动机、发动机不同部位，其机匣形状各不相同，机匣零件的功能决定了机匣的形状，但它们的基本特征是圆筒形或圆锥形的壳体和支板组成的构件。在航空发动机每次起停和运行过程中，机匣不仅承受由温差引起的热载荷，内部还要产生多向疲劳应力。正是由于机匣所受的载荷复杂，航空发动机在实际使用中，机匣的故障时有发生。实践表明：零部件的疲劳(低循环疲劳、高循环疲劳、热疲劳)是引起发动机损伤的主要原因。据国内外统计表明，机匣事故中，大部分是由低周疲劳引起的。

涡轮机匣低循环疲劳寿命预测方法，目前仍广泛使用局部应力-应变法。局部应力-应变法是60年代在低循环疲劳的基础上发展起来的一种寿命预测方法，其基本设计参数为应力集中处的局部应力和局部应变，是目前预测高应力低循环疲劳寿命的一种较好的方法。局部应力-应变法认为只要构件与试验试件的局部应力应变经历同样的历程，则他们的疲劳寿命即为相同的。此方法中的控制参数为局部的应力和应变，并且假设零件在疲劳破坏之前会经历一定的塑性变形，再出现裂纹萌生的现象，因此零件的疲劳破坏应该从应力集中最大的区域，即局部应变最大的位置开始。只要得知局部应变，就可以根据应力应变关系确定局部应力，再结合材料的弹塑性有限元计算分析以及循环应力-应变曲线，就可以将原件的名义应力谱转换成应力集中区域中相对危险的部位的局部应力应变谱，最后根据上述区域中的局部应力应变历程估算疲劳寿命。

在涡轮机匣的实际使用过程中，机匣结构的材料、尺寸以及载荷等影响机匣结构应力应变的输入变量通常存在随机不确定性，从而导致机匣结构的疲劳寿命也是一个具有不确定性的随机变量。在涡轮机匣的早期设计阶段，如果能对机匣结构的疲劳寿命分布做出大致的预测，那么会大大提高对涡轮机匣低周疲劳寿命可靠性预测以及寿命优化的准确性。现有技术中，预测疲劳寿命分布需要大量的样本信息，(1)进行机匣的疲劳寿命预测时需要进行十分耗时的有限元分析，不能直接求解疲劳寿命。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种基于Model-Free抽样的涡轮机匣低周疲劳寿命预测方法，提高低周疲劳寿命概率分布预测的效率。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的第一个方面，提供一种基于Model-Free抽样的涡轮机匣低周疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括：

建立涡轮机匣参数化有限元模型；

获取涡轮机匣低周疲劳寿命的原始观测样本；