概率安全评定方法的计算程序及其工程应用

考虑四种主要随机因素：载荷（作用应力）、缺陷尺寸、断裂韧性、流变应力等参数的不确定性，针对较为常见的焊接结构型式，如平板、球罐、圆柱形容器等结构上可能存在的不同缺陷类型，基于双判据失效准则，编制了较为通用的含缺陷焊接结构概率安全评定程序。对国产ＣＦ－６２钢制容积为１５３１ｍ３的球罐可能存在的缺陷进行了概率安全评定，通过对评定参数的敏感性分析，指出了影响其可靠性的关键因素。     

高拱坝失效模式与失效概率

为克服高拱坝确定性安全评价中不考虑随机性、不进行风险分析的弊端,提出研究超静定结构高拱坝的失效模式、利用失效概率与失效风险值对高拱坝进行风险评价。在分析洪水、地震和材料老化等造成高拱坝失效原因的基础上,利用故障树分析法探索出高拱坝具有失稳溃坝、剪滑垮坝、超量开裂以及人为毁坝等4种主要失效模式;从产生载荷参数随机数、获取随机变量的分布规律和建立失效模式的状态函数等方面研究了高拱坝单个失效模式与系统失效概率的计算方法。计算了某高拱坝剪滑失效模式的失效概率。     

卫星在空间碎片撞击下的易损性分析方法研究

针对厘米/毫米级空间碎片对卫星的撞击风险评估,在对卫星部件的失效模式及影响分析(FMEA)的基础上,结合射线跟踪法和失效树分析法建立一种卫星目标的易损性分析方法,计算卫星在空间碎片撞击下导致不同损伤等级的系统失效概率PK/H。详细介绍了该易损性分析方法的总体思路和各项关键技术,并给出了应用实例。该方法可推广应用于载人航天器上,对于航天器的撞击风险评估和防护结构优化设计有重要意义。     

工程构件疲劳寿命估算的三维临界域法

临界域法将缺口附近区域中某点、线或面上的应力特征值作为材料失效的判断条件,能较合理地解释缺口效应现象,因此被认为是一类具有工程应用前景的缺口件疲劳寿命估算方法。本文首先结合三维工程结构的实际特点,详细阐述了适用于三维结构的应力场强法和临界距离法,对其中若干参数进行了准确定义和描述。然后,本文分别使用这两种方法和名义应力法对某型航空发动机轮盘进行了疲劳寿命估算。结果表明,本文给出的适用于三维结构的应力场强法、临界距离法能很好地预测航空发动机轮盘的疲劳寿命;而且相比于名义应力法,预测效果更好。     

轴对称结构的模态振型描述和模型确认

利用轴对称结构模态振型的Zernike矩能够有效区分重根模态的特点,提出了一种基于Zernike矩函数的相关性分析方法以及基于Zernike矩函数灵敏度的模型修正方法。以某航空发动机压气机轮盘为例,采用轴对称结构的模态振型Zernike特征矩,通过模态测试数据与有限元模型预测结果的相关性分析,克服重根模态对相关性分析的影响,准确地匹配模态对;同时采用基于Zernike矩函数的振动模态对于设计参数的灵敏度,修正有限元的模型修正,使压气机的设计模型的动力特性预测与实际结构的测试相一致,验证了该方法的可行性与优越性。     

基于线弹簧模型的焊接结构断裂可靠性分析

将表面裂纹断裂分析的线弹簧模型法与重要抽样法相结合,提出了一种可进行焊接结构断裂可靠性分析的新方法.采用该方法对典型焊接平板的断裂可靠性进行了分析,分析过程中考虑了材料特性、外载荷、焊接残余应力、裂纹尺寸等参数的不确定性,给出了结构的失效概率以及各随机变量的可靠性灵敏度,算例表明,断裂韧度KIC对结构可靠性影响最大,外...     

基于检查数据和物理退化模型的涡轮叶片检修策略优化

根据发动机涡轮叶片在日常使用过程中的损伤检修数据确定其失效概率分布函数,应用Paris公式对叶片裂纹增长进行反演分析,得到在指定阈值下可检裂纹长度与初检时间的对应关系;再模拟裂纹增长过程,得到叶片在寿命周期内各个检查时刻的状态;最后通过仿真结果的统计分析得知叶片的失效概率。案例研究结果表明:叶片在服役过程中如果初检时间太早,初检时扩展裂纹长度小,不易被检测到,后续的重复检查间隔长,在各重复检查时刻容易产生失效;如果初检时间太迟,叶片在初检时会接近甚至超过临界损伤值,也增加失效概率。在允许失效概率为10-5的条件下,涡轮叶片在计划运行周期内的最优检查次数12次,最优初检时间和重复检查间隔分别为1 371循环和307循环。所提方法和研究结果为航空公司机务维修人员和发动机工程师的风险评判和检修决策提供依据和参考。     

一种基于故障统计数据的发动机风险预测

给出了发动机故障危险等级划分 、危险系数确定、风险因子与飞行风险的计算方法,建立了基于蒙特卡罗仿真的发动机多故 障模式风险评估流程,预测发动机故障发生情况,评估发动机使用阶段的故障风险。在已有 航空发动机历史故障数据的基础上,对多种故障模式进行了风险预测,制定了两种可降低风 险的方案,分析了维修周期对风险因子的影响,给出了合理的降低风险方案。     

动态系统元器件失效率的矩独立重要性测度分析

针对不确定性元器件失效率对动态系统失效概率影响程度的度量问题,研究了动态系统元器件失效率的重要性分析方法。分析了不确定性情况下动态系统失效概率的特点;依据Borgonovo的矩独立灵敏度分析思想,提出了两种新的矩独立不确定性重要性测度,给出了基于蒙特卡罗数值仿真的一般求解方法,分别用来分析系统工作时间给定和在区间变化两种情况下元器件失效率不确定对系统失效概率分布函数的贡献程度;建立了重要性测度的高效算法,通过稀疏网格积分技术将多元函数的积分问题转化成一元函数积分的张量积组合,通过Edgeworth级数方法将响应量分布函数的求解问题转化为基于其前四阶矩的失效概率估计,从而有效降低了功能函数的调用次数,提高了重要性测度的求解效率。最后,通过两个算例验证了所提方法的合理性和算法的高效性。     

纤维失效对陶瓷基复合材料准静态加卸载迟滞回线的影响(英文)

采用双参数威布尔模型描述纤维强度分布,结合总体载荷承担准则确定基体裂纹平面处断裂纤维和完好纤维承担载荷。基于卸载/重新加载时纤维相对基体滑移损伤机理,确定了纤维轴向应力分布。采用断裂力学方法确定了界面脱粘长度、卸载界面反向滑移长度和重新加载新界面滑移长度,对比了不同峰值应力下考虑和未考虑纤维失效影响的迟滞回线,分析了纤维特征强度和纤维威布尔模量对纤维失效、迟滞回线形状和面积的影响,预测的迟滞回线与试验数据相吻合。     

基于信息熵的危险天气下终端区管制风险评估

终端区结构复杂、飞机事故多，其中危险天气对航空器的安全运行影响极大，因此有必要对危险天气下终端区管制风险进行评估。针对终端区管制系统运行风险性大、易发不安全事件的问题，提出基于风险信息熵的危险天气条件下终端区管制系统风险评估模型。首先，通过分析危险天气条件下管制系统的运行过程，建立管制系统运行中的熵流模型，然后建立危险天气下终端区管制风险评估指标体系，给出评估指标灰色关联度属性的计算方法，利用其反映出的信息熵确定指标权重，最终建立危险天气下终端区管制风险评估模型，并通过算例验证了模型的可用性和有效性。     

导弹命中精度一致性分析及评估

命中精度是导弹性能考核的重要指标，对于反舰导弹的命中精度评定，常常采用命中概率这一精度指标。在反舰导弹命中精度评估的过程中，单独采用经典方法来评估导弹的命中概率时，不同的评估方法可能会带来不一致的评估结果，因此会造成较大的评估风险。为了提高评估结果的一致性，降低评估风险，本文首先改进了基于正态分布的命中概率评估方法，提出了基于Bootstrap重采样的命中概率估计新方法，进一步联合基于二项分布的命中概率评估方法，对导弹的命中精度进行一致性分析及评估。与经典方法相比，该方法降低了评估的风险，提高了评估结果的稳健性。     

面向对象有限元程序的设计及工程应用

在综述面向对象有限元软件研究现状的基础上，主要介绍了作者用ROSE软件工具、采用UML建模语言和C^＋＋语言所编制的面向对象有限元程序（Object-oriented finite element program，OOFEP），对产生的类作了必要的说明，对OOFEP软件框架的建立、程序C^＋＋代码的产生过程作了阐述，最后OOFEP程序进行某型号发动机某级压气机盘的应力应变分析。尽管目前的OOFEP程序的功能有限，但包含在OOFEP之中的面向对象的机制使得它比较容易扩充所需功能而日趋完善。研究工作表明：面向对象方法很适合于进行有限元程序的框架设计和代码编制，所编制的OOFEP程序可以对工程问题进行初步的应力分析计算。     

用双激波模型计算风扇/压气机非设计点的性能

根据现代高速风扇/压气机内激波波系的真实结构,将适用于预测高速叶型激波损失的双激波模型引入基于基元叶片特性的流线曲率法程序,发展了一种用于预估高速风扇/压气机非设计点性能的方法。该双激波模型考虑了来流马赫数和攻角变化,较真实地反映了高马赫数风扇/压气机的实际工作状况,扩展预测风扇/压气机非设计点性能的能力。利用该模型,本文分别对一台叶尖马赫数达到1.4的大涵道比风扇和一台叶尖马赫数高达1.5的三级风扇的非设计点性能进行了计算,计算结果与试验结果保持了较高的吻合性。     

轴流压气机一维特性计算方法简介及展望

一维特性计算作为压气机设计体系的关键环节，在压气机的初始设计阶段发挥了重要作用。作为一种高度经验化的工程近似计算方法，一维性能计算需要大量实验数据的支撑。从实验数据中总结得到的经验关联式的质量，是决定一维计算成功与否的关键。在充分调研欧美以级叠加方法和平均线方法为主的一维性能分析方法的基础上，回顾了轴流压气机一维特性计算方法的起源，讨论了其发展趋势与研究现状。对一维特性计算方法的基本原理及其所使用的经典经验关联式进行了整理总结，指明了压气机一维性能分析未来进一步发展的方向。     

波转子对小型燃气涡轮发动机性能的影响

波转子是一种自冷却动压交换设备,具有提高各种发动机和机械的性能与运行特性的特有优势。本文建立基于波转子技术的小型燃气涡轮发动机热力循环分析模型。研究了压气机、涡轮压比、燃烧工作条件变化等5种热力循环方案情况下波转子技术对小型燃气涡轮发动机性能的影响。探讨波转子嵌入燃气涡轮发动机后导致燃烧室工作环境的变化规律。在相同压气机压比、相同涡轮进口温度热力循环方案情况下,波转子技术提高燃气涡轮发动机性能最高,获得了基于波转子技术小型燃气涡轮发动机最佳性能优化区和燃烧室工作环境变化规律。     

0.6m连续式风洞调试运行关键技术研究

为了降低大型连续式风洞建设风险，在0.6m连续式风洞中开展了压缩机防喘振控制、转速控制、马赫数控制等调试运行关键技术研究。本研究采用压力波动法准确测量出了压缩机的喘振边界，通过设置合理的报警线和防喘振线，保证了压缩机的安全；采用矢量控制技术实现了转速的精确控制，控制精度达到0.03%的设计要求；采用压缩机转速、驻抽流量以及中心体开度与马赫数的函数关系，实现了马赫数的精确控制，控制精度达到了0.002的设计指标要求。通过研究各项关键技术实现了该风洞定总压、定马赫数的运行方式，该风洞具有优良的流场品质，是开展基础研究平台建设和大型连续式风洞引导性研究的理想平台。     

某航空发动机作动筒孔边裂纹失效分析

某型航空发动机喷口收放作动筒是裂纹故障多发部位。对作动筒典型失效件进行了断口分析。发现裂纹故障是由于孔边部位表面容易发生应力腐蚀开裂。进一步对显微组织和断面能谱进行分析,发现作动筒材质合乎要求,腐蚀主要是由于使用环境因素造成的。研究结果对于该作动筒的故障分析及预防具有重要的意义。     

基于压力信号分析的轴流式压气机失速预测

为了得到压气机工作状态的稳定观测点,并建立压气机近喘失速工作状态与压气机压力信号的相关关系,本文针对低速双级轴流式压气机,分别进行了均匀进气及畸变进气条件下不同转速的近喘失速试验,实时动态测量标定压气机由正常工作到失速工况下压力信号,并在时域内提出了一种基于自相关系数的压气机失速预测算法,对进口、出口以及压气机首级转子叶尖位置压力信号预测分析。结果表明所提出的预测算法具有良好的失速预测能力,且发现叶尖处离叶片前缘20%的位置,最适宜作为压气机失速预测的观测点,此时压气机叶尖压力自相关性数据与压气机喘振裕度具有明显的单调相关性。