[发明专利]一种涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法

说明书

本发明涉及一种涡轮盘的疲劳‑蠕变可靠性寿命评价方法，包括步骤：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：对材料属性参数和几何参数进行抽样，生成M组样本；S3：进行有限元分析，得到涡轮盘应力应变场；S4：获得每一组样本的疲劳‑蠕变总寿命；S5：建立XGBoost代理模型；S6：重新抽样，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：对所有样本的疲劳‑蠕变总寿命进行可靠性分析，得到涡轮盘的失效概率。本发明的涡轮盘的疲劳‑蠕变可靠性寿命评价方法，考虑涡轮盘的材料属性与关键位置几何尺寸的不确定性，从而获得稳态循环周次下的涡轮盘的失效概率。

技术领域

本发明涉及材料性能评价领域，更具体地涉及一种涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法。

背景技术

随着航空航天领域的快速发展，其对材料的综合性能有了更高的需求。航空发动机作为“心脏”对航空航天装备研制的成败具有决定性影响，其涡轮盘等高温热端部件的长寿命高可靠性结构设计技术是制约航空发动机研制的关键技术瓶颈之一。

重大机械装备高温复杂结构(如燃汽轮机和航空发动机热端部件)的寿命和可靠性是制约整机寿命和可靠性水平的主要因素之一。在重大机械装备服役过程中，由于不断的起动、停车以及各种任务的需要，其各部件承受复杂载荷作用，同时诸多不确定性因素愈加恶劣的影响使得复杂构件产生多种形式的失效破坏且表现出较大的分散性。特别是蠕变-疲劳破坏，对装备的安全工作造成极大的威胁。因此，保证此类结构在这些不确定因素影响下因疲劳断裂而失效的可能性降至最低程度具有重要的现实意义。

现有技术中，通常对确定的涡轮盘属性与工作载荷进行模拟，以得到盘体在此确定工作条件下的寿命。然而，在实际结构中，由于材料的不均匀性，不同批次的材料或涡轮盘无法保证完整一致的材料性能；同时来自高压涡轮盘的结构尺寸、工作载荷以及外部环境等诸多不确定因素的影响导致无法进行精确的寿命预测，因此在实际应用中容易出现偏差较大的结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法，考虑涡轮盘的材料属性与关键位置几何尺寸的不确定性，从而获得稳态循环周次下的涡轮盘可靠性分析结果。

本发明提供一种涡轮盘的疲劳-蠕变可靠性寿命评价方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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；