[发明专利]一种航空发动机涡轮盘结构可靠性分析方法

摘要

本发明公开了一种基于蒙特卡罗法的航空发动机涡轮盘结构可靠性分析方法，根据涡轮盘材料的不均匀性建立随机变量数学模型，并根据受力情况建立应力分析模型；利用ANSYS环境下的PDS对涡轮盘三维模型随机变量进行蒙特卡罗抽样，得到涡轮盘在不同工况下的最大应力MAXSTRESS分布；在MATLAB平台上对随机变量进行不同程度的蒙特卡罗仿真试验，根据结构功能函数计算涡轮盘可靠度，得到不同工况下的涡轮盘结构可靠度；最后根据灵敏度公式计算影响涡轮盘结构可靠性随机变量的灵敏度。本发明在考虑涡轮盘材料参数和载荷随机性的情况下进行可靠性分析，具有收敛快、成本低、精度高的特点，为涡轮盘的优化设计及可靠性管理提供了理论基础。

主权项

一种航空发动机涡轮盘结构可靠性分析方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤一，根据涡轮盘材料的不均匀性建立随机变量数学模型；步骤二，根据涡轮盘运行受力情况，建立在ANSYS环境下某型微型涡喷航空发动机涡轮盘应力分析模型：为了提高有限元分析效率及网格划分，对计算结果影响很小的结构进行简化，包括涡轮盘内、圈外圈及中心孔圆角；在HPERMESH环境中进行网格划分，固定涡轮盘联接孔在X、Y、Z方向的位移，固定涡轮盘对Y、Z轴的旋转，其中X轴为涡轮盘轴向，对涡轮盘外圆柱面施加压强；在ANSYS环境中模拟实际受力情况对涡轮盘模型施加载荷，定义载荷类型为涡轮盘运行角速度产生的旋转体力，即离心力，分析主要考虑涡轮盘的运行状态有典型工况及紧急工况；步骤三，利用ANSYS环境下的PDS对涡轮盘三维模型随机变量进行蒙特卡罗抽样，得到涡轮盘在不同工况下的最大应力MAXSTRESS分布；步骤四，在MATLAB平台上对随机变量进行不同程度的蒙特卡罗仿真试验，根据结构功能函数计算涡轮盘可靠度，得到不同工况下的涡轮盘结构可靠度；步骤五，利用MATLAB计算不同工况下的涡轮盘结构可靠度及影响涡轮盘结构可靠性随机变量的灵敏度：根据涡轮盘结构功能函数，当结构功能函数值大于零，即涡轮盘极限强度大于最大应力MAXSTRESS值，结构可靠，反之结构失效；设置随机变量矩阵大小，进行不同次数的蒙特卡罗仿真试验，可以得到不同的可靠度需求精度；在MATLAB环境下用find函数返回结构功能函数矩阵中大于零元素位置，再用length函数计算结构功能函数矩阵中大于零元素个数，最后根据可靠度公式计算不同工况不同精度的可靠度；根据灵敏度公式，计算随机变量密度、弹性模量、角速度影响涡轮盘结构可靠性的灵敏度。