[发明专利]一种涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法

权利要求书

1.一种涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确定涡轮盘的材料属性参数、几何参数及其分散性规律；

S2：利用拉丁超立方采样方法，对涡轮盘的材料属性参数和几何参数进行抽样，生成M组样本；

S3：根据M组样本中的每一组样本的材料属性参数和几何参数，建立涡轮盘的三维模型，并对所述三维模型进行有限元分析，得到每一组样本的涡轮盘应力应变场；

S4：根据每一组样本的涡轮盘应力应变场，对每一组样本的涡轮盘进行寿命模拟计算，得到每一组样本的疲劳-蠕变总寿命；

S5：将M组样本的材料属性参数和几何参数作为输入，对应的疲劳-蠕变总寿命为输出，建立XGBoost代理模型；

S6：重新对涡轮盘的材料属性参数和几何参数进行抽样，得到扩充样本，并利用XGBoost代理模型输出扩充样本的疲劳-蠕变总寿命；

S7：对M组样本的疲劳-蠕变总寿命和扩充样本的疲劳-蠕变总寿命进行可靠性分析，得到涡轮盘的失效概率。

2.根据权利要求1所述的涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法，其特征在于，所述材料属性参数包括不同温度下的杨氏模量、热膨胀系数、热传导率、蠕变本构模型参数、循环塑性本构模型参数、疲劳损伤模型参数和蠕变损伤模型参数。

3.根据权利要求1所述的涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

S21：将材料属性参数和几何参数的累积分布函数分别分为M个区间；

S22：针对每一个参数，在每一个区间内进行随机抽样获得一个样本数据，总计抽样M次获得M个样本点；

S23：每一个参数的M个样本点分别与其他参数的M个样本点进行随机组合，得到M组样本。

4.根据权利要求2所述的涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：

S31：用以下公式描述涡轮盘材料的循环塑性本构模型的主控方程：

其中，为总应变分量，ε^e为弹性应变分量，ε^p为非弹性应变分量，E和v分别表示弹性模量和泊松比，s和trσ表示应力张量和应力张量的迹，I表示二阶单位张量，和表示非弹性应变率张量和累积非弹性应变率，表示等效分弹性应变，s和α表示应力张量的偏量和背应力张量的偏量，F表示屈服函数，Q₀为初始屈服应力，符号：代表二阶张量的内积，为背应力张量；α_i为背应力分量；为塑性应变率；为累计塑性应变率，C_j为初始随动硬化模量，γ_j定义了随着塑性变形的增大，随动硬化模量C_j减小的速率；

S32：用以下公式描述涡轮盘材料的蠕变本构模型：

其中，为等效蠕变应变率/s^-1，为等效蠕变应变，为等效偏应力，ψ、n、m以及为温度相关的模型参数；

S33：基于M组样本中的每一组样本的几何参数，根据循环对称理论，以涡轮盘榫槽的数量X将模型简化为1/X，建立每一组样本的涡轮盘的三维模型，并分别在三维模型的子午面施加环向位移支撑，将每一组样本的材料属性参数、步骤S31的主控方程和步骤S32的蠕变本构模型分别施加到每一组样本的三维模型中，得到每一组样本的有限元分析模型；

S34：根据涡轮盘稳态服役时的温度分布和服役温度载荷谱，设置温度边界条件，并施加载荷，通过有限元分析后得到每一组样本的应力应变场。

5.根据权利要求4所述的涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法，其特征在于，步骤S34中施加的载荷包括离心载荷和温度载荷。