航空发动机涡轮轴概率疲劳寿命预测与可靠性分析

发布时间：2022-07-20 11:16

　　航空发动机作为飞机的“心脏”,在飞机整体性能中起决定性作用,是世界各航空大国重点研究对象。航空发动机组成零件众多、构成材料特殊、制造工艺复杂、难度系数高且工况条件恶劣,这些特点会对航空发动机的可靠性产生影响。如何在航空发动机性能需求不断提升的现状下,依然保持航空发动机安全可靠的运行成为了一个重要的研究课题。涡轮轴是连接航空发动机各转动部件的重要构件,用来支撑各零部件并传递扭矩。涡轮轴的主要失效模式为疲劳失效,根据不同外部载荷的作用具体表现为机械疲劳、蠕变疲劳和热机械疲劳等。针对涡轮轴失效特点,本文考虑了材料疲劳性能参数的不确定性,研究了涡轮轴材料性能参数的不确定性的随机表征方法、概率疲劳寿命预测以及考虑蠕变影响的概率疲劳寿命预测与可靠性分析方法。本论文主要研究工作如下:（1）通过疲劳寿命理论的分析,确定影响涡轮轴疲劳寿命的材料性能参数。使用统计方式对材料性能参数的样本数据进行处理,利用假设检验和参数拟合的方法确定材料性能参数的随机分布。分析窗宽和核函数对核密度估计精度的影响,通过渐进积分均方误差的方法求解最优窗宽,并对材料性能参数随机分布进行估计。（2）针对涡轮轴的受载情况,采用有限元... 

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 机械疲劳特点
    1.3 研究状况
        1.3.1 疲劳寿命预测国内外研究状况
        1.3.2 疲劳可靠性分析国内外研究状况
    1.4 论文的主要研究工作
第二章 涡轮轴材料性能参数随机分布表征
    2.1 引言
    2.2 涡轮轴材料性能参数的不确定性
    2.3 涡轮轴材料性能参数统计推断方法
        2.3.1 随机变量的描述性统计量
        2.3.2 分布的假设检验与参数拟合
        2.3.3 裂纹扩展性能参数的分布估计
    2.4 涡轮轴材料性能参数的核密度估计方法
        2.4.1 核密度估计法
        2.4.2 窗宽最优原则
        2.4.3 案例分析
    2.5 本章小结
第三章 涡轮轴概率疲劳寿命预测
    3.1 引言
    3.2 涡轮轴的应力应变分析
        3.2.1 涡轮轴三维模型
        3.2.2 涡轮轴的材料属性
        3.2.3 涡轮轴的网格划分
        3.2.4 涡轮轴有限元分析结果
    3.3 疲劳裂纹萌生寿命预测
    3.4 裂纹扩展寿命预测
        3.4.1 形状因子的求解
        3.4.2 裂纹扩展模型
    3.5 涡轮轴概率疲劳寿命分布
        3.5.1 涡轮轴概率寿命表示方法
        3.5.2 案例分析
    3.6 本章小结
第四章 考虑失效相关疲劳可靠性分析
    4.1 引言
    4.2 蠕变寿命预测与可靠性评估
    4.3 基于Copula理论的疲劳蠕变可靠性分析
        4.3.1 Copula理论基础
        4.3.2 基于Copula的疲劳蠕变交互作用分析
        4.3.3 考虑蠕变疲劳交互作用的可靠性建模
    4.4 基于非线性累积损伤的疲劳蠕变交互作用分析
        4.4.1 疲劳损伤与蠕变损伤的交互作用
        4.4.2 耦合多重损伤的可靠性建模
    4.5 案例分析
        4.5.1 参数随机性对可靠性的影响
        4.5.2 考虑失效相关性的涡轮轴可靠性
        4.5.3 涡轮轴寿命灵敏度分析
    4.6 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 未来工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间参加的科研项目与取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机限寿件疲劳可靠度计算新方法[J]. 游令非,张建国,周霜,杜小松.  航空学报. 2019(12)
[2]基于确信可靠度的齿轮可靠性建模与分析[J]. 于格,康锐,林焱辉,张清源,祖天培.  系统工程与电子技术. 2019(10)
[3]先进镍基单晶高温合金蠕变行为的研究进展[J]. 岳全召,刘林,杨文超,黄太文,孙德建,霍苗,张军,傅恒志.  材料导报. 2019(03)
[4]基于椭球模型的机构非精确概率可靠性分析方法[J]. 檀中强,潘骏,胡明,贺青川,陈文华.  机械工程学报. 2019(02)
[5]基于降维算法的结构混合可靠性分析方法[J]. 孟广伟,冯昕宇,周立明,李锋.  中南大学学报(自然科学版). 2018(08)
[6]基于PSO优化神经网络响应面技术的非能动系统可靠性分析[J]. 丁浩,蔡琦,张永发,蒋立志,魏柯.  核动力工程. 2018(04)
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博士论文
[1]航空发动机涡轮叶片疲劳寿命及可靠性分析[D]. 周杰.电子科技大学 2019
[2]基于内应力的Ti-6A1-4V合金低周疲劳力学行为与寿命预测能量模型研究[D]. 徐海丰.浙江大学 2018
[3]基于疲劳损伤累积理论的结构寿命预测与时变可靠性分析方法研究[D]. 彭兆春.电子科技大学 2017
[4]基于能量耗散的金属疲劳损伤表征及寿命预测[D]. 李斌.西北工业大学 2014

硕士论文
[1]镍基高温合金疲劳裂纹扩展理论与模型应用研究[D]. 言怡.湘潭大学 2016
[2]某型涡扇航空发动机涡轮轴有限元及寿命分析[D]. 陈浩.电子科技大学 2016
[3]航空发动机低压涡轮轴疲劳寿命计算分析[D]. 崔平亮.电子科技大学 2014
[4]某型航空发动机风扇轴疲劳寿命预测及可靠性分析[D]. 丁亮亮.电子科技大学 2014
[5]钛合金的蠕变行为研究[D]. 汪军.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3663895