[发明专利]一种基于EGRA的涡轮盘多失效模式可靠性优化方法

摘要

本发明涉及一种基于EGRA的涡轮盘多失效模式可靠性优化方法，步骤：(1)对涡轮盘扇区进行参数化建模，分析涡轮盘几何参数灵敏度，选出设计变量；(2)对设计变量进行LHC抽样，分别计算每个抽样点处的各失效模式下的寿命，建立各失效模式可靠性模型；(3)对各失效模式的可靠性模型用高效全局可靠性分析方法(EGRA)评估，若大于收敛极限，向初始模型中增加样本点，直至模型收敛；(4)用(3)中更新的可靠性模型拟合各失效模式下的寿命，根据相关形式得到系统寿命并对其进行优化求解，若优化结果不满足系统可靠性要求，计算最优点真实寿命值，并添加到可靠性模型中以更新模型，重复检验收敛性和更新模型的步骤直到满足系统可靠度，得到优化结果。

主权项

1.一种基于EGRA的涡轮盘多失效模式可靠性优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)对涡轮盘取带有一个榫槽的扇区进行全参数化建模，采用拉丁超立方抽样，进行参数灵敏度分析，选出五个对盘体最大等效应力影响最大的几何参数作为设计变量；/n(2)对步骤(1)中选出的几何设计变量，弹性模量E、泊松比P两个盘体材料参数和疲劳强度系数σ′_f、疲劳强度指数b两个寿命模型参数在(μ±σ)范围内进行拉丁超立方抽样，并对抽样点进行有限元仿真计算，分别得到低循环疲劳和蠕变-疲劳两种失效模式的寿命值，以几何设计变量和材料参数作为输入变量，两种失效模式的寿命作为输出变量，构建两种失效模式的初始样本集，以此为初始样本集构建单一失效模式下的基于克里金的兼顾高精度和高效率的自适应抽样代理模型，得到代理模型的回归系数、回归向量和相关矩阵；/n(3)分别对步骤(2)中建立的低循环疲劳可靠性模型和蠕变-疲劳可靠性模型使用高效全局可靠性分析方法(EGRA)进行评估，构建涡轮盘多失效模式可靠性模型；/n(a)低循环疲劳和蠕变疲劳两种失效模式为竞争相关的关系，以两种失效模式中寿命最小值来作为多失效模式涡轮盘系统寿命，由设计点的信息计算各单一失效模式可靠性模型的均值和方差，通过比较在设计空间内各点处两个失效模式可靠性模型均值的大小，用其中最小的模型均值和方差来构建涡轮盘多失效模式下的预期可行性函数(EFF)，以量化设计点偏离涡轮盘多失效模式极限状态边界的程度，并使用无梯度全局优化方法在设计空间(μ±0.1％σ)求取多失效模式EFF函数的最大值；/n(b)若多失效模式EFF函数的最大值小于收敛极限1e-3，则得到多失效模式下的涡轮盘可靠性模型，否则将多失效模式EFF函数取最大值的设计点作为序列样本点分别计算低循环疲劳和蠕变疲劳失效模式单独作用下的EFF值：/n(c)检验单一失效模式EFF函数的收敛性，若单一失效模式EFF函数值超出收敛极限的，即(EFF)>1e-3，对EFF函数取最大值的设计点进行有限元分析，在多失效模式EFF函数取最大值的设计点计算EFF函数值超出收敛极限相应的单一失效模式的真实响应值，将设计点输入变量和响应作为样本点添加到步骤(2)中的初始样本集中，更新对应的单一失效模式可靠性模型，重复检验EFF函数最大值的收敛性和将不满足收敛极限的EFF函数最大值点添加到样本点集，计算多失效模式EFF最大值的步骤，直到多失效模式下的EFF最大值收敛，即得到涡轮盘低循环疲劳和蠕变-疲劳可靠性模型；/n(4)对步骤(3)中建立的涡轮盘低循环疲劳和蠕变-疲劳可靠性模型进行优化求解，步骤如下：/n(a)在步骤(3)中构建的涡轮盘低循环疲劳和蠕变-疲劳可靠性模型上，取两个失效模式中寿命最小的值的作为涡轮盘疲劳寿命，利用序列二次规划法对多失效模式涡轮盘可靠性模型进行优化求解，获得多失效模式涡轮盘可靠性模型的最优解；/n(b)将获得的最优解进行涡轮盘系统寿命可靠性评估，判断最优解处是否满足设计要求的寿命可靠度；/n(c)如不满足：用最优解进行有限元分析，计算低循环疲劳和蠕变-疲劳失效模式的响应，并将真实响应值添加到样本集中更新多失效模式涡轮盘可靠性模型，不断迭代检验涡轮盘寿命可靠度和更新可靠性模型，使样本点范围逐渐向真实最优解附近缩小，得到满足涡轮盘系统寿命可靠度条件的最优解。/n