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基于有限元法的某涡轮盘的疲劳可靠性灵敏度分析
作 者: 张飞
导 师: 张义民
学 校: 东北大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 涡轮盘 低周疲劳 有限元法 可靠性灵敏度 响应面法 改进一次二阶矩法
分类号: V232.3
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 149次
引 用: 2次
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内容摘要
涡轮盘是航空发动机的核心部件,其寿命决定着整个发动机的寿命。因此,对航空发动机涡轮盘寿命的评估具有重要意义。由实验可知,低周疲劳是航空发动机涡轮盘的主要失效形式,目前对低周疲劳寿命评估主要是利用各种修正Manson-coffin公式,采用确定性分析方法进行寿命评估。然而,由于涡轮盘在加工制造、安装使用等过程中,几何尺寸、材料参数存在一定的分散性,因而涡轮盘的寿命亦具有分散性,仅进行确定性寿命评估就不能满足实际工程需要。本文在总结了涡轮盘材料疲劳寿命评估的基础上将平均应力修正的Manson-coffin公式随机化,考虑到涡轮盘的结构设计尺寸公差,将部分尺寸按照一定的原则进行随机化,建立了某涡轮盘的疲劳寿命可靠性模型,进行了可靠性灵敏度分析,研究了结构尺寸对疲劳寿命可靠性的影响,并对某涡轮盘结构可靠性设计的改进提出了建议。主要包括以下几方面:(1)利用参数化建模软件对涡轮盘的二十个关键参数进行参数化建模。有了参数化模型后,若某结构设计参数发生改变,可以直接更改设计参数对模型进行再生,为以后的结构改进打下基础。[2)对涡轮盘的二维与三维模型进行有限元仿真。通过线弹性分析得出涡轮盘的应力分布状况,确定可能发生失效的区域,进一步确定在最大应力区域已经进入塑性变形。通过弹塑性分析得到涡轮盘的失效区域的应力应变分布,为以后的疲劳寿命分析提供了基础。(3)本文根据航空发动机涡轮盘材料的疲劳特性,用修正的Manson-coffin公式作为疲劳寿命分析的数学基础,建立涡轮盘的疲概率寿命可靠性模型,将响应面法应用于涡轮盘的疲劳寿命可靠性及可靠性灵敏度分析中。利用改进一次二阶矩(验算点)法计算涡轮盘的疲劳寿命可靠度及可靠性灵敏度。(4)根据可靠性灵敏度分析结果,找出对疲劳可靠性影响比较大的因素,分析这些因素对可靠性影响较大的原因,并给出了涡轮盘结构改进措施。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-10 第1章 绪论 10-16 1.1 课题背景 10-11 1.2 疲劳可靠性可靠性的发展动态 11-14 1.3 可靠性灵敏度的研究现状 14 1.4 本文研究的主要内容 14-16 第2章 结构可靠性基本理论 16-34 2.1 可靠性概述 16-18 2.2 可靠性灵敏度概念 18 2.3 二阶矩技术 18-19 2.4 Edgeworth级数 19 2.5 结构可靠度计算方法 19-21 2.6 21-31 2.6.1 一次二阶矩法 21-24 2.6.2 等效正态分布法 24-25 2.6.3 摄动法 25-26 2.6.4 响应面法 26-27 2.6.5 蒙特卡罗法 27-29 2.6.6 随机有限元法 29-31 2.7 可靠性灵敏度计算方法 31-33 2.8 本章小结 33-34 第3章 涡轮盘有限元仿真实践 34-54 3.1 参数化建模概述 34-35 3.2 Pro/E参数化建模方法 35-36 3.3 涡轮盘参数化建模实践 36-38 3.4 有限元法概述 38-39 3.5 有限元法的轴对称问题 39-42 3.6 涡轮盘的有限元仿真实践 42-53 3.6.1 涡轮盘网格划分 43-44 3.6.2 温度场分析边界条件的确定及分析结果 44-45 3.6.3 线弹性分析边界条件的确定及分析结果 45-50 3.6.4 弹塑性分析边界条件的确定及分析结果 50-53 3.7 本章小结 53-54 第4章 涡轮盘低周盘疲劳可靠性及可靠性灵敏度分析 54-72 4.1 概述 54 4.2 低周疲劳可靠性模型 54-57 4.2.1 局部应力应变法模型 55-56 4.2.2 CPFI(Complete-Probability Fast Interation)法模型 56 4.2.3 应变—寿命分布参量关系模型 56-57 4.2.4 应变载荷—强度干涉模型 57 4.2.5 其他方法 57 4.3 涡轮盘概率寿命模型 57-59 4.4 响应面法模拟应变幅 59-64 4.5 涡轮盘的疲劳可靠性及可靠性灵敏度 64-69 4.6 涡轮盘结构改进方案 69-71 4.7 本章小结 71-72 第5章 结论与展望 72-74 5.1 总结 72-73 5.2 展望 73-74 参考文献 74-79 致谢 79
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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空发动机(推进系统) > 发动机零部件 > 盘
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