航空发动机涡轮盘的寿命与可靠性分析
发布时间：2022-02-05 02:42
涡轮盘是航空发动机上用于安装和固定叶片以传递功率的零部件,承受着高温、高压、高转速工作环境下的复杂载荷,其中不仅包括自身产生的离心力和热应力作用,还包括叶片在燃气推动下运转所产生的离心力、振动等载荷。国内对于航空发动机涡轮盘在运行过程中存在多故障、不确定性、强度退化等难点问题上,依旧需要大量的研究。因此,针对诸多不确定性因素、强度退化和疲劳损伤累积等问题,开展疲劳寿命预测和可靠性研究,建立适用于更多复杂装备寿命和可靠性的分析方法,对于减少航空发动机运行过程中破坏性故障的发生,具有重要的科学价值和研究意义。本文在航空发动机涡轮盘疲劳寿命预测与可靠性分析方法研究的基础上,对其中存在的若干难点问题进行了以下研究:（1）利用贝叶斯理论对高压涡轮盘疲劳寿命预测中的诸多不确定性因素进行量化分析。在利用疲劳寿命预测模型进行航空发动机涡轮盘的寿命预测中,伴随材料参数以及模型参数的引入,往往会增加多源不确定性,本文利用贝叶斯理论,结合试验数据、仿真数据和专家经验等信息,量化了寿命预测过程中存在的这些不确定因素。（2）基于强度退化的损伤累积模型的建立。本文探讨了7070-T7451铝合金、45号钢、16M...
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
da/dN~K关系曲线
第四章考虑强度退化的疲劳累积损伤模型39图4-27070-T7451铝合金两级载荷下不同模型寿命预测值对比从图4-2中各点的分布可以看出，在三种不同二级应力载荷作用下，利用Corten-Dolan累积损伤修正模型对7070-T7451铝合金的寿命预测效果相较于传统Corten-Dolan模型虽然在应力较大、试验寿命较小时预测效果有所改善，但相较于全部的试验寿命数据，依旧会有部分寿命预测数据出现在寿命试验数据的2倍误差带以外，这是不被允许的修正结果。因此，仅考虑强度性能衰减退化系数A的Corten-Dolan累积损伤修正模型的适用性存在很大的局限性。4.3Corten-Dolan修正模型的建立4.3.1Corten-Dolan修正参数d模型在传统Corten-Dolan模型中，考虑构件在其整个多级载荷加载过程中，疲劳强度会发生退化，则作为材料参数的d值也会相应发生改变。本小节将在上节Corten-Dolan修正模型基础上引入材料参数d进行修正，并利用材料7070-T7451铝合金，45号钢和16Mn钢的疲劳试验数据进行验证并与仅修正强度性能衰减退化系数A的Corten-Dolan累积损伤修正模型寿命预测结果进行比较，以此证明将d作为函数引入的正确性。损伤累积量D随着剩余强度的降低，损伤量的增加速率迅速增加。因此，本小节在引入材料参数d的时候，将d考虑为指数函数，来量化这种非线性关系，d的指数函数如下所示[113]：
第四章考虑强度退化的疲劳累积损伤模型431610239.2249.2267.4894.28224.96依据表4-8中7070-T7451铝合金在两级载荷下的试验寿命，以及不同模型寿命预测值。则增加参数d修正的Corten-Dolan新模型、修正参数A的Corten-Dolan模型以及传统Corten-Dolan模型的寿命预测结果与试验结果的对比图如图4-3所示。从图4-3中各点的分布可知，增加参数d修正的Corten-Dolan模型相比于只引入疲劳强度衰减退化系数A（i）的修正Corten-Dolan理论以及传统Corten-Dolan理论对7070-T7451铝合金的寿命预测更接近与试验值，且波动范围变小，全部预测点均位于1.5倍预测误差带范围内，且绝大部分数据均位于1.25倍误差带以内。相比于上述的其他两种理论，本文修正的的Corten-Dolan理论体现出了更好的寿命预测结果。图4-37070-T7451铝合金两级载荷下不同模型寿命预测值对比根据表4-6和表4-7对45号钢以及16Mn钢两级载荷下各阶段剩余强度退化系数和指数参数值的计算，我们可以计算得到修正参数A的Corten-Dolan模型，和增加参数d修正的Corten-Dolan模型寿命预测值，在各级应力下的寿命预测结果见表4-9和表4-10。其中，ignN为试验寿命与引入疲劳强度衰减退化系数A（i）的修正
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于雨流计数法及Corten Dolan准则的轴承疲劳寿命预测[J]. 孙钰,袁强,温小飞,董良雄,鲁永强. 船舶工程. 2020(01)
[2]一种基于数据驱动和贝叶斯理论的机械系统剩余寿命预测方法[J]. 赵申坤,姜潮,龙湘云. 机械工程学报. 2018(12)
[3]一种基于能量参数的非局部缺口疲劳寿命预测方法[J]. 袁善虎,蒋洪德,陈海燕,刘丙权. 推进技术. 2017(03)
[4]基于贝叶斯评估的航空发动机涡轮盘疲劳寿命可靠性研究[J]. 万宏强,高刚,丁锋. 机械制造与自动化. 2016(05)
[5]各种平均应力下高周疲劳极限间的定量关系[J]. 蔡晓静,许金泉. 工程力学. 2015(10)
[6]Residual Life Prediction Based on Nonlinear Fatigue Damage Accumulation Model[J]. 高会英,左芳君,吕志强,朱顺鹏,黄洪钟. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(04)
[7]模糊数据下基于连续时间贝叶斯网络的整流回馈系统可靠性建模与评估[J]. 王晓明,李彦锋,李爱峰,米金华,黄洪钟. 机械工程学报. 2015(14)
[8]Stochastic Fatigue Life and Reliability Prediction Based on Residual Strength[J]. 左芳君,朱顺鹏,高会英,吕志强,黄洪钟. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(03)
[9]融合理论退化模拟与试验数据的身管寿命预测[J]. 方峻,吴华晴. 机械科学与技术. 2014(10)
[10]证据理论与贝叶斯网络相结合的可靠性分析方法[J]. 锁斌,曾超,程永生,李军. 系统工程与电子技术. 2011(10)
博士论文
[1]基于证据理论的不确定性量化方法及其在可靠性工程中的应用研究[D]. 锁斌.中国工程物理研究院 2012
[2]高温复杂结构的混合概率故障物理建模与疲劳寿命预测[D]. 朱顺鹏.电子科技大学 2012
[3]基于可能性度量的机械系统可靠性分析和评价[D]. 何俐萍.大连理工大学 2010
[4]机械零件疲劳强度若干问题的研究[D]. 李莉.东北大学 2009
硕士论文
[1]基于强度退化累积损伤模型的承载结构疲劳寿命预测研究[D]. 李威.北京交通大学 2019
[2]基于模糊理论的再制造叶轮服役安全评定方法研究[D]. 曾凡.重庆大学 2016
[3]贝叶斯参数更新在可靠性分析中的应用[D]. 王宇.南京航空航天大学 2014
[4]多轴疲劳损伤累积理论的研究[D]. 张大川.南京航空航天大学 2010
本文编号：3614414
【文章来源】：电子科技大学四川省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
da/dN~K关系曲线
第四章考虑强度退化的疲劳累积损伤模型39图4-27070-T7451铝合金两级载荷下不同模型寿命预测值对比从图4-2中各点的分布可以看出，在三种不同二级应力载荷作用下，利用Corten-Dolan累积损伤修正模型对7070-T7451铝合金的寿命预测效果相较于传统Corten-Dolan模型虽然在应力较大、试验寿命较小时预测效果有所改善，但相较于全部的试验寿命数据，依旧会有部分寿命预测数据出现在寿命试验数据的2倍误差带以外，这是不被允许的修正结果。因此，仅考虑强度性能衰减退化系数A的Corten-Dolan累积损伤修正模型的适用性存在很大的局限性。4.3Corten-Dolan修正模型的建立4.3.1Corten-Dolan修正参数d模型在传统Corten-Dolan模型中，考虑构件在其整个多级载荷加载过程中，疲劳强度会发生退化，则作为材料参数的d值也会相应发生改变。本小节将在上节Corten-Dolan修正模型基础上引入材料参数d进行修正，并利用材料7070-T7451铝合金，45号钢和16Mn钢的疲劳试验数据进行验证并与仅修正强度性能衰减退化系数A的Corten-Dolan累积损伤修正模型寿命预测结果进行比较，以此证明将d作为函数引入的正确性。损伤累积量D随着剩余强度的降低，损伤量的增加速率迅速增加。因此，本小节在引入材料参数d的时候，将d考虑为指数函数，来量化这种非线性关系，d的指数函数如下所示[113]：
第四章考虑强度退化的疲劳累积损伤模型431610239.2249.2267.4894.28224.96依据表4-8中7070-T7451铝合金在两级载荷下的试验寿命，以及不同模型寿命预测值。则增加参数d修正的Corten-Dolan新模型、修正参数A的Corten-Dolan模型以及传统Corten-Dolan模型的寿命预测结果与试验结果的对比图如图4-3所示。从图4-3中各点的分布可知，增加参数d修正的Corten-Dolan模型相比于只引入疲劳强度衰减退化系数A（i）的修正Corten-Dolan理论以及传统Corten-Dolan理论对7070-T7451铝合金的寿命预测更接近与试验值，且波动范围变小，全部预测点均位于1.5倍预测误差带范围内，且绝大部分数据均位于1.25倍误差带以内。相比于上述的其他两种理论，本文修正的的Corten-Dolan理论体现出了更好的寿命预测结果。图4-37070-T7451铝合金两级载荷下不同模型寿命预测值对比根据表4-6和表4-7对45号钢以及16Mn钢两级载荷下各阶段剩余强度退化系数和指数参数值的计算，我们可以计算得到修正参数A的Corten-Dolan模型，和增加参数d修正的Corten-Dolan模型寿命预测值，在各级应力下的寿命预测结果见表4-9和表4-10。其中，ignN为试验寿命与引入疲劳强度衰减退化系数A（i）的修正
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于雨流计数法及Corten Dolan准则的轴承疲劳寿命预测[J]. 孙钰,袁强,温小飞,董良雄,鲁永强. 船舶工程. 2020(01)
[2]一种基于数据驱动和贝叶斯理论的机械系统剩余寿命预测方法[J]. 赵申坤,姜潮,龙湘云. 机械工程学报. 2018(12)
[3]一种基于能量参数的非局部缺口疲劳寿命预测方法[J]. 袁善虎,蒋洪德,陈海燕,刘丙权. 推进技术. 2017(03)
[4]基于贝叶斯评估的航空发动机涡轮盘疲劳寿命可靠性研究[J]. 万宏强,高刚,丁锋. 机械制造与自动化. 2016(05)
[5]各种平均应力下高周疲劳极限间的定量关系[J]. 蔡晓静,许金泉. 工程力学. 2015(10)
[6]Residual Life Prediction Based on Nonlinear Fatigue Damage Accumulation Model[J]. 高会英,左芳君,吕志强,朱顺鹏,黄洪钟. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(04)
[7]模糊数据下基于连续时间贝叶斯网络的整流回馈系统可靠性建模与评估[J]. 王晓明,李彦锋,李爱峰,米金华,黄洪钟. 机械工程学报. 2015(14)
[8]Stochastic Fatigue Life and Reliability Prediction Based on Residual Strength[J]. 左芳君,朱顺鹏,高会英,吕志强,黄洪钟. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2015(03)
[9]融合理论退化模拟与试验数据的身管寿命预测[J]. 方峻,吴华晴. 机械科学与技术. 2014(10)
[10]证据理论与贝叶斯网络相结合的可靠性分析方法[J]. 锁斌,曾超,程永生,李军. 系统工程与电子技术. 2011(10)
博士论文
[1]基于证据理论的不确定性量化方法及其在可靠性工程中的应用研究[D]. 锁斌.中国工程物理研究院 2012
[2]高温复杂结构的混合概率故障物理建模与疲劳寿命预测[D]. 朱顺鹏.电子科技大学 2012
[3]基于可能性度量的机械系统可靠性分析和评价[D]. 何俐萍.大连理工大学 2010
[4]机械零件疲劳强度若干问题的研究[D]. 李莉.东北大学 2009
硕士论文
[1]基于强度退化累积损伤模型的承载结构疲劳寿命预测研究[D]. 李威.北京交通大学 2019
[2]基于模糊理论的再制造叶轮服役安全评定方法研究[D]. 曾凡.重庆大学 2016
[3]贝叶斯参数更新在可靠性分析中的应用[D]. 王宇.南京航空航天大学 2014
[4]多轴疲劳损伤累积理论的研究[D]. 张大川.南京航空航天大学 2010
本文编号：3614414
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