各向异性陶瓷基复合材料涡轮叶片概率性热分析方法

考虑陶瓷基复合材料等纤维增韧复合材料导热系数的各向异性及分散性,建立了基于概率统计的陶瓷基复合材料涡轮叶片热分析方法。研究中以Mark Ⅱ涡轮叶片冷却结构为例,综合利用有限元方法和蒙特卡洛方法,分析了应用陶瓷基复合材料后的温度场均值和波动特性。计算中将导热系数作为随机输入参数,分析了导热系数各向异性及其分散度对叶片前缘滞止点温度、尾缘温度以及高温区域（T>900K）面积的影响。计算中发现在本文的计算工况下,考虑导热系数存在正态波动情况时,叶片前缘滞止点、尾缘温度波动也满足正态分布。前缘滞止点温度在导热系数变异系数为01,导热系数比为2时其温度波动最大,相比12731K的均温,有16%的概率超温913K。尾缘温度在导热系数变异系数为01,导热系数比为10时波动最大,有16%的概率超过均值11529K达527K。计算结果表明:导热系数分散度所带来的波动,会导致叶片内部高温关注区域（T>900K）的面积增大,并且高温关注区域相对增加量ΔShot随导热系数变异系数α的增加而增加。计算结果表明,高温关注区域相对增加量最大发生在导热系数比为2,变异系数为0.1时,此时ΔShot=4.8%。