[发明专利]一种涡轮叶盘结构寿命可靠性设计方法

摘要

本发明涉及一种涡轮叶盘结构寿命可靠性设计方法，依据传统的强度寿命分析方法设计确定涡轮叶盘结构的初始方案，确定结构的几何形状，并计算得到重量；获取结构的确定性载荷，进行详细的三维应力/应变分析，将确定性设计准则作为优化约束条件，若不满足准则要求，则返回设计支持；分析影响涡轮叶盘结构，对涡轮叶盘结构进行分区，计算各失效模式下结构的可靠性，结合寿命概率准则，对寿命可靠性分析结果进行评估，如结构可靠性结果不满足准则要求，则返回设计支持；对各失效模式的风险水平进行组合风险评估，计算涡轮叶盘结构的整体失效概率；判断是否满足各项技术指标满足要求，如不满足转入设计支持，对尺寸或材料进行修改。

主权项

一种涡轮叶盘结构寿命可靠性设计方法，其特征在于实现步骤如下：(1)初始涡轮叶盘结构方案设计：依据传统的强度分析方法设计确定涡轮叶盘结构的初始方案，同时确定涡轮叶盘结构的几何形状，并计算得到初始方案的重量，为后面的设计决策提供数据依据；(2)确定性详细设计：针对涡轮叶盘选取的材料，通过材料性能试验或材料数据手册，获取该材料必须的材料属性，必须的材料属性包括弹性模量、泊松比、疲劳寿命等；通过传热分析或实际测量，获取涡轮叶盘结构的温度谱；通过外场发动机工作数据统计，获得发动机的转速谱，然后结合温度谱和转速谱这两种载荷谱获取涡轮叶盘结构工作时最危险的温度场和离心载荷，得到涡轮叶盘结构三维应力、应变分析所需的确定性载荷；以初始涡轮叶盘结构方案设计为基础，以选取的材料数量和确定性载荷为输入条件，进行涡轮叶盘结构的详细三维应力、应变分析分析，得到涡轮叶盘结构的应变、应力、位移的分布场；将涡轮叶盘结构确定性设计准则作为优化约束条件，依据确定性设计准则中对涡轮叶盘结构各考核部位应力、应变、变形量指标值的具体要求，判断分析结果是否满足；若不满足确定性设计准则要求，则返回设计支持，即以分析结果作为支持查找原因，修改涡轮叶盘结构的几何形状，直到满足确定性设计准则为止；(3)失效模式的寿命可靠性设计：在确定性详细设计的基础上，分析影响涡轮叶盘结构的几何、载荷、材料随机因素及其分布特征；针对涡轮叶盘结构，以应力、温度、失效风险参数水平进行区域划分，针对不同区域的不同失效模式，建立多失效模式的寿命模型，所述多失效模式包括低循环疲劳、裂纹扩展、蠕变、疲劳‑蠕变、高低周复合疲劳失效模式，抽样计算得到各失效模式下涡轮叶盘结构的寿命分布，进一步计算各失效模式下结构的可靠性；针对寿命概率准则中对各种失效模式的具体要求，对寿命可靠性分析结果进行评估；如结构可靠性结果不满足寿命概率准则要求，则返回设计支持，即以分析结果作为支持查找原因，修改涡轮叶盘结构几何形状；(4)组合风险评估：基于各失效模式的寿命可靠性分析结果，对各失效模式的风险水平进行组合风险评估，计算涡轮叶盘结构的整体失效概率；(5)设计决策：依据步骤(1)中涡轮叶盘结构设计的初始方案的重量，结合步骤(4)中组合风险评估确定的整体失效概率结果进行设计决策；若重量、强度、寿命、可靠性各项技术指标满足要求，则完成设计；否则转入设计支持，即以各环节分析结果作为支持查找原因，返回初始结构方案，对尺寸或材料进行修改；再次重复步骤(2)至(5)，如此反复进行直到满足要求。