复合随机因素下航空发动机结构的可靠性分析

同时考虑航空发动机材料的随机性, 结构几何形状的随机性, 随机载荷和随机边界条件, 研究复合随机因素下的概率有限元, 在摄动法的基础上推导出结构的随机应力场, 并建立相应的可靠性理论。分析随机因素的特征后, 导出现有的航空发动机结构可靠性分析的各种计算方法, 并进行了航空发动机的轮盘的可靠性分析。      

基于两相法的机翼结构几何优化设计

针对机翼结构的几何优化问题,提出了一种基于两相法的几何优化设计新方法。采用参数化命令流文件进行有限元建模,利用复合形法进行位置优化,利用MSC/NASTRAN进行尺寸优化,并将尺寸优化结果传递给复合形法作为复合形法进行操作的依据。算例表明,本文所提方法可行,所得结果可信度高。     

连接件疲劳寿命分析的等效SSF法

传统的应力严重系数(SSF)法在复杂几何和载荷边界下几乎无法获得SSF值,而采用三维有限元法只能获得孔边最大应力,但不能计及钉孔质量和填充系数影响,且计算复杂不便于工程应用。本文将由有限元获得的连接件中的紧固件及周边平衡载荷系等效为两个单轴载荷,通过两个单轴载荷作用下应力场的叠加,并引入复杂几何和载荷边界对SSF的影响,而获得等效SSF值,并用有限元法对本文建立的最大应力近似公式进行了验证。算例结果表明,本文的计算方法简单有效。     

基于ANSYS概率分析的导弹结构可靠度计算

针对导弹结构的材料性能、载荷环境、几何尺寸等参数不确定性的影响,基于ANSYS概率设计系统,提出了利用ANSYS概率分析功能对导弹进行结构可靠性分析的方法。通过建立某型导弹同体发动机推进剂药柱的极限状态方程,采用蒙特卡洛模拟随机载荷和固体推进剂药柱初始强度来获取推进剂药柱的可靠度。该方法能有效地计算贮存、飞行等环境条件下的导弹结构可靠性。     

翼盒结构的可靠性分析及基于系统可靠性的优化设计

 本文研究了翼盒结构的可靠性分析及基于系统可靠性的结构优化设计方法。采用发展了的优化准则法枚举系统的主要失效模式,和Feng的高精度法计算系统破坏概率,提出两个迭代公式进行元件尺寸的优化设计。算例结果表明本文方法是中、大型结构系统可靠性分析及优化设计的有效方法。     

整体压气机转子优化设计系统

利用多种优化方法，以整体转子作为优化模型。进行了基于有限元计算的形状优化，目标函数为重量最轻，约束函数有几何尺寸、静强度、低循环疲劳寿命、轮盘破裂转速等，系统用-DEAS作实时后处理，可对任何中间结果作分析。经过几个算例的考核，证明优化效果是很明显的。     

保证飞行器可靠性的一个方法

 研究了在飞机器设计和试验研究阶段保证结构可靠性的问题 ,提出了在地面及飞行试验阶段合理选择试验策略和确定试验规模的具体方法 ,并给出了算例。用本文方法所获得的分析结果可以作为飞行器的不同试验阶段可靠性、安全系数与试验规模的一种综合评定     

随机载荷作用下元件断裂可靠性的裂纹长度模型

研究了随机载荷条件下元件断裂可靠性计算的方法,给出了一般和特殊条件下元件断裂可靠性的计算方法,并采用Monte Carlo法模拟裂纹在随机载荷作用下的随机扩展.通过对模拟计算结果的统计分析得出任意给定时刻疲劳裂纹尺寸的分布,以及临界裂纹尺寸的分布,并提出用修改了的裂纹长度模型计算裂纹在随机扩展中的瞬时可靠度和过程可靠度.     

认知不确定性下可靠性灵敏度分析的新指标

传统的可靠性灵敏度指标只考虑了随机不确定性,当结构中还存在认知不确定性时,该指标难以反映出基本变量中认知不确定性对结构可靠性评估结果的影响程度.针对这一问题,引入概率包络来表达结构中的随机不确定性和认知不确定性,在此基础上建立了可靠性灵敏度分析的新指标——认知灵敏度系数,给出了其定义和代表的意义,并基于证据理论提出了认知灵敏度系数的计算方法.算例分析表明,认知灵敏度系数可以反映出基本变量中认知不确定性对结构可靠性评估结果的不确定性的影响程度,从而为有针对性地提高可靠性评估结果的准确性提供依据.另外,基于证据理论的认知灵敏度系数的计算方法适用于极限状态函数为单调、非单调的结构,以及变量服从正态、非正态的结构,具有普适性.     

多源不确定性下叶盘结构疲劳可靠性分析与优化设计

为了更好地满足叶盘结构的设计需求,针对叶盘结构疲劳寿命分散和几何参数众多等问题,基于随机有限元法构建了融合多源不确定性的叶盘结构疲劳可靠性分析与优化设计框架.首先,采用应力敏感因子分析筛选叶盘结构关键尺寸;然后,将关键尺寸、材料属性及载荷定义为随机变量,基于其分布规律进行拉丁超立方抽样以开展随机有限元分析和寿命预测;最...     

转轴裂纹扩展的可靠性灵敏度分析

在Paris-Erdogan裂纹扩展模型的基础上,考虑裂纹扩展模型的随机参数影响,采用裂纹长度失效准则建立了旋转机械转轴裂纹扩展的可靠性模型,应用随机摄动理论和Kronecker代数导出了状态函数的前四阶矩,应用应力-强度干涉理论和四阶矩技术确定了转轴裂纹扩展的可靠度,利用矩阵微分理论和灵敏度技术系统地研究了转轴裂纹扩展的可靠性灵敏度问题.      

涡轮盘低循环疲劳寿命的概率分析

疲劳寿命呈现异方差特性,其标准差随弹性应变幅和塑性应变幅的减小而增大,因此在Man-son-Coffin公式中引入标准正态变量μ和线性标准差σ_e,σ_p,将ε-N曲线参数表示为标准正态变量μ的函数,建立了低循环疲劳寿命的概率模型.针对某涡轮盘材料,在低循环疲劳试验数据的基础上应用异方差回归分析方法获得了概率模型的参数,应用该模型对涡轮盘销钉孔的低循环疲劳寿命进行了Monte-Carlo数值模拟,获到了寿命的概率分布.得到可靠度0.998 7的概率寿命与轮盘技术寿命相一致,相对误差仅为4%.该模型参数均来自疲劳试验数据的统计分析,寿命预测精度高,具有较好的工程应用前景.      

具有随机参数的周期性结构振动分析的谱方法

为了探讨整圈连接的涡轮叶片组内各个叶片的制造偏差对叶片组振动的影响,本文利用一个具有周期性随机参数的结构模型来近似地模拟叶片组结构,并提出了分析这种结构的振动的一种谱方法。假定结构参数的标准差为微小量,因而可应用摄动法。将周期性随机结构参数展开成付氏级数,从而求解结构的自由振动和受迫振动,求得结构的频率和振型,以及共振振幅及其方差估计。论证了主振型的正交性,分析了此结构共振的特殊条件。算例表明,分析结果与实验结果具有相同的量级。     

A new structural reliability index based on uncertainty theory

The classical probabilistic reliability theory and fuzzy reliability theory cannot directly measure the uncertainty of structural reliability with uncertain variables,i.e.,subjective random and fuzzy variables.In order to simultaneously satisfy the duality of randomness and subadditivity of fuzziness in the reliability problem,a new quantification method for the reliability of structures is presented based on uncertainty theory,and an uncertainty-theory-based perspective of classical Cornell reliability index is explored.In this paper,by introducing the uncertainty theory,we adopt the uncertain measure to quantify the reliability of structures for the subjective probability or fuzzy variables,instead of probabilistic and possibilistic measures.We utilize uncertain variables to uniformly represent the subjective random and fuzzy parameters,based on which we derive solutions to analyze the uncertainty reliability of structures with uncertainty distributions.Moreover,we propose the Cornell uncertainty reliability index based on the uncertain expected value and variance.Experimental results on three numerical applications demonstrate the validity of the proposed method.     

失调叶片盘的振动机理

本文对于失调叶片盘的耦合振动问题 ,采用子结构模态综合法建立系统的振动微分方程 ,利用试验模态分析及模态修正计算求得调谐叶片和外缘带锥壳轮盘的若干低阶模态。通过对叶片模态刚度的微量摄动 ,构造真实的失调叶片盘和各种理论分析失调模型。对某个实际的失调叶片盘的非旋转强迫振动试验验证了系统的力学模型和计算公式。计算结果分析表明 ,失调叶片盘强迫振动响应中个别叶片振动过甚乃为叶片失调所致。对各种失调模型的振动计算表明 ,小频差的随机失调优于其他失调分布形式。并就算例给出了最佳频差幅值和恰当的发动机工作频率范围。     

考虑尺寸效应的轮盘应力疲劳概率寿命分析方法

针对基于应变寿命模型的体方法对中、长寿命轮盘及模拟件寿命预测精度不准的缺陷,提出了考虑尺寸效应基于应力寿命模型的体方法,将最大应力比作为寿命可靠性计算的一个参数.对轮盘模拟试件进行了考虑尺寸效应的疲劳寿命可靠性分析,计算概率寿命与试验中值寿命相差14％,吻合良好.而传统的应变寿命点方法中值寿命预计结果误差达15倍之多.表明考虑尺寸效应的应力寿命体方法可以用来预估中、长寿命轮盘及模拟件的概率寿命.      

某涡轮盘低循环疲劳概率寿命数值模拟

针对发动机轮盘疲劳萌生寿命具有较大分散性,且难于准确确定安全寿命边界的特点,基于应变疲劳概率分析模型,以转速、材料属性、盘轴连接销钉孔处过盈量作为随机变量,应用响应面与蒙特卡洛模拟结合,获得某涡轮盘寿命概率分布,并得到可靠度为99.87%的概率寿命,与轮盘试验技术寿命吻合良好。      

轮盘应变疲劳寿命可靠性分析方法

为较准确评估应变疲劳寿命可靠性，通过引入两个相关随机变量对Coffin-Manson公式随机化，发展了一种轮盘应变疲劳寿命可靠性分析概率模型。对线性回归残差重新定义，使得到的回归参数不随坐标系的选取发生变化。采用响应面法和蒙特卡洛模拟相结合的方法获得轮盘危险点应变幅的分布，最后通过多次解非线性方程数值模拟得到轮盘危险点应变疲劳寿命分布及其可靠寿命。     

涡轮盘结构可靠性与稳健性综合优化设计

初步建立1种综合考虑结构疲劳可靠性与稳健性的航空发动机涡轮盘优化设计方法。根据涡轮盘的结构设计准则,以轮盘的轻质化和低循环疲劳寿命的稳健性作为目标,以结构强度和疲劳可靠性作为约束,采用随机优化方法对轮盘进行优化设计。设计结果表明:由于量化考虑了轮盘的安全性,所以能够得到更精确的约束,从而使轮盘设计质量更轻;而针对稳健性的优化,则降低了低循环疲劳寿命对载荷和材料参数波动的敏感性,提高了涡轮盘的稳健性。