发动机失效风险评估方法和系统技术方案

本发明专利技术公开一种发动机失效风险评估方法和系统。其中根据有限元应力分析结果，对发动机部件进行区域划分，统计各区域中的失效样本总数，计算各区域的条件失效概率，确定各区域的区域风险，根据每个区域的区域风险值确定整个部件的失效概率。本发明专利技术通过基于概率风险评估的方式量化整个部件的失效概率，从而为部件在役检查方案的制定提供基础，通过定量分析可以合理地确定在役检查方案以确定部件的最终设计方案和使用维护计划，既保证部件运行中风险控制的要求，又最大限度地降低在役检查的成本付出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发动机领域，特别涉及一种发动机失效风险评估方法和系统。
技术介绍
航空发动机限寿件是发动机中最重要的结构部件，典型的如轮盘、轴等，一旦失效很可能产生高能非包容碎片，导致危害性发动机后果。目前工业方一般采用传统的安全寿命法，结合一定的工业运行经验确定保守的安全寿命限制值；另外通过概率风险评估技术以评估由于材料、加工缺陷导致部件在达到安全寿命值前发生失效的可能性。在材料技术、设计技术以及无损检测技术的现状下，检查的实施也是影响部件概率风险的重要因素之一。部件的失效风险随使用的循环数发生变化，应保证在其寿命周期内的风险值均不超过设计目标风险值。目前国内发动机设计相关标准中考虑了检查计划的安排，如GJB-Z101-1997推荐“损伤增长间隔要求是两倍检查间隔”，以便对检查可靠性、材料特性和应力预测等方面的分散性提供一定的储备。该标准利用检查来降低部件提前失效风险，定性的说明了检查的安排能够有效降低部件失效的可能性，但目前工业方面临以下几个问题：1、如图1所示，不同检查方式(如超声、涡流等)对部件某一特定的几何特征具有不同的检查检出能力，无法从定量的角度分析需要何种检查方式。2、如图2所示在不同的时间点上安排检查，检查后的风险值各不相同，无法监控整个寿命周期内的风险变化值。3、如图3所示，多次检查与一次检查相比，能够更有效降低失效风险。显然，检查次数过少会影响系统的安全水平；检查次数过多则无谓增加运行维护成本。但在发动机整个系统维修计划允许的情况下，无法确定合理的检查次数。4、检查检出的能力是一概率值，无法高效地从定量的角度描述一次检查能够多大程度降低失效风险。上述问题严重制约着部件在役检查方案的设计，无法有效通过定量的分析方法确定合理的检查方案，给发动机的设计和运行维护带来不确定性因素和管理困难。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种发动机失效风险评估方法和系统，通过基于概率风险评估的方式量化整个部件的失效概率，从而为部件在役检查方案的制定提供基础。根据本专利技术的一个方面，提供一种发动机失效风险评估方法，包括：根据有限元应力分析结果，对发动机部件进行区域划分；统计第m个区域中的失效样本总数Nf_m，其中1≤m≤M，M为区域总数；计算第m个区域的条件失效概率Pfd_m，其中Pfd_m＝Nf_m/Ns_m，Ns_m为第m个区域中的样本总数；确定第m个区域的区域风险Pf_m，其中Pf_m＝Pfd_m×Pd_m，Pd_m为第m个区域的缺陷出现概率；根据每个区域的区域风险值确定整个部件的失效概率Pf_part。在一个实施例中，失效概率在一个实施例中，统计第m个区域中的失效样本总数Nf_m的步骤包括：进行参数设置，其中设置样本总数Ns_m、检查间隔T，将失效样本数Nf设为0，将样本编号k设为1；进行初始值配置，其中根据缺陷分布的累积分布函数随机生成裂纹的初始长度a0，并设置检查次数I，将检查序次i设为1；根据当前的裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效；其中裂纹经过当前间隔NN从a0扩展到a，NN与当前i和T相关联；若第k个样本失效，则将失效样本数Nf加1；将样本编号k加1，并判断当前k值是否大于Ns_m；若当前k值不大于Ns_m，则重复执行进行初始值配置的步骤；若当前k值大于Ns_m，则将Nf值作为第m个区域中的失效样本总数Nf_m。在一个实施例中，根据当前的裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效的步骤包括：判断当前i和T的乘积是否小于预定寿命；若乘积小于预定寿命，则将当前间隔NN设为当前i和T的乘积；若乘积等于预定寿命，则将当前间隔NN设为预定寿命；确定裂纹经过当前间隔NN从初始长度a0扩展到的长度a；根据裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效。在一个实施例中，进行初始值配置的步骤后，还包括：随机生成检出概率值POD，然后执行根据当前的裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效的步骤；若第k个样本不失效，则按照指定的检查方式计算裂纹长度为a时的检出概率值POD(a)；判断POD(a)是否小于POD；若POD(a)不小于POD，则执行将样本编号k加1的步骤。在一个实施例中，若POD(a)小于POD，则进一步判断当前间隔NN是否等于预定寿命；若当前间隔NN等于预定寿命，则执行将样本编号k加1的步骤。在一个实施例中，若当前间隔NN小于预定寿命，则将检查序次i加1；判断当前的检查序次i是否大于检测次数I；若当前的检查序次i不大于检测次数I，则执行根据当前的裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效的步骤；若当前的检查序次i大于检测次数I，则执行将样本编号k加1的步骤。在一个实施例中，根据每个区域的区域风险值确定整个部件的失效概率Pf_part的步骤之后，还包括：判断失效概率Pf_part是否小于预定的设计目标风险值；若失效概率Pf_part不小于预定的设计目标风险值，则重复执行统计第m个区域中的失效样本总数Nf_m的步骤，其中重新设置检查间隔T，和/或重新设置检查次数I，和/或重新设置指定的检查方式。根据本专利技术的另一方面，提供一种发动机失效风险评估系统，包括区域划分单元、失效样本统计单元、条件失效概率计算单元、区域风险确定单元和部件失效概率确定单元，其中：区域划分单元，用于根据有限元应力分析结果，对发动机部件进行区域划分；失效样本统计单元，用于统计第m个区域中的失效样本总数Nf_m，其中1≤m≤M，M为区域总数；条件失效概率计算单元，用于计算第m个区域的条件失效概率Pfd_m，其中Pfd_m＝Nf_m/Ns_m，Ns_m为第m个区域中的样本总数；区域风险确定单元，用于确定第m个区域的区域风险Pf_m，其中Pf_m＝Pfd_m×Pd_m，Pd_m为第m个区域的缺陷出现概率；部件失效概率确定单元，用于根据每个区域的区域风险值确定整个部件的失效概率Pf_part。在一个实施例中，部件失效概率确定单元具体利用公式确定整个部件的失效概率Pf_part。在一个实施例中，失效样本统计单元包括参数设置模块、初始值配置模块、第一识别模块、失效样本统计模块和样本管理模块，其中：参数设置模块，用于进行参数设置，其中设置样本总数Ns_m、检查间隔T，将失效样本数Nf设为0，将样本编号k设为1；初始值配置模块，用于进行初始值配置，其中根据缺陷分布的累积分布函数随机生成裂纹的初始长度a0，并设置检查次数I，将检查序次i设为1；第一识别模块，用于根据当前的裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效；其中裂纹经过当前间隔NN从a0扩展到a，NN与当前i和T相关联；失效样本统计模块，用于根据第一识别模块的判断结果，若第k个样本失效，则将失效样本数Nf加1；并指示样本管理模块将样本编号k加1；样本管理模块，用于根据失效样本统计模块的指示，将样本编号k加1，并判断当前k值是否大于Ns_m；若当前k值不大于Ns_m，则指示初始值配置模块执行进行初始值配置的操作；若当前k值大于Ns_m，则将Nf值作为第m个区域中的失效样本总数Nf_m。在一个实施例中，第一识别模块具体判断当前i和T的乘积是否小于预定寿命；若乘积小于预定寿命本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发动机失效风险评估方法，其特征在于，包括：根据有限元应力分析结果，对发动机部件进行区域划分；统计第m个区域中的失效样本总数Nf_m，其中1≤m≤M，M为区域总数；计算第m个区域的条件失效概率Pfd_m，其中Pfd_m＝Nf_m/Ns_m，Ns_m为第m个区域中的样本总数；确定第m个区域的区域风险Pf_m，其中Pf_m＝Pfd_m×Pd_m，Pd_m为第m个区域的缺陷出现概率；根据每个区域的区域风险值确定整个部件的失效概率Pf_part。

【技术特征摘要】
1.一种发动机失效风险评估方法，其特征在于，包括：根据有限元应力分析结果，对发动机部件进行区域划分；统计第m个区域中的失效样本总数Nf_m，其中1≤m≤M，M为区域总数；计算第m个区域的条件失效概率Pfd_m，其中Pfd_m＝Nf_m/Ns_m，Ns_m为第m个区域中的样本总数；确定第m个区域的区域风险Pf_m，其中Pf_m＝Pfd_m×Pd_m，Pd_m为第m个区域的缺陷出现概率；根据每个区域的区域风险值确定整个部件的失效概率Pf_part。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，失效概率Pf_part=1-Πm=1M(1-Pf_m).]]>3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，统计第m个区域中的失效样本总数Nf_m的步骤包括：进行参数设置，其中设置样本总数Ns_m、检查间隔T，将失效样本数Nf设为0，将样本编号k设为1；进行初始值配置，其中根据缺陷分布的累积分布函数随机生成裂纹的初始长度a0，并设置检查次数I，将检查序次i设为1；根据当前的裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效；其中裂纹经过当前间隔NN从a0扩展到a，NN与当前i和T相关联；若第k个样本失效，则将失效样本数Nf加1；将样本编号k加1，并判断当前k值是否大于Ns_m；若当前k值不大于Ns_m，则重复执行进行初始值配置的步骤；若当前k值大于Ns_m，则将Nf值作为第m个区域中的失效样本总数Nf_m。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据当前的裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效的步骤包括：判断当前i和T的乘积是否小于预定寿命；若乘积小于预定寿命，则将当前间隔NN设为当前i和T的乘积；若乘积等于预定寿命，则将当前间隔NN设为预定寿命；确定裂纹经过当前间隔NN从初始长度a0扩展到的长度a；根据裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，进行初始值配置的步骤后，还包括：随机生成检出概率值POD，然后执行根据当前的裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效的步骤；若第k个样本不失效，则按照指定的检查方式计算裂纹长度为a时的检出概率值POD(a)；判断POD(a)是否小于POD；若POD(a)不小于POD，则执行将样本编号k加1的步骤。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，若POD(a)小于POD，则进一步判断当前间隔NN是否等于预定寿命；若当前间隔NN等于预定寿命，则执行将样本编号k加1的步骤。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，若当前间隔NN小于预定寿命，则将检查序次i加1；判断当前的检查序次i是否大于检测次数I；若当前的检查序次i不大于检测次数I，则执行根据当前的裂纹长度a和相应的区域应力幅值判断第k个样本是否失效的步骤；若当前的检查序次i大于检测次数I，则执行将样本编号k加1的
\t步骤。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据每个区域的区域风险值确定整个部件的失效概率Pf_part的步骤之后，还包括：判断失效概率Pf_part是否小于预定的设计目标风险值；若失效概率Pf_part不小于预定的设计目标风险值，则重复执行统计第m个区域中的失效样本总数Nf_m的步骤，其中重新设置检查间隔T，和/或重新设置检查次数I，和/或重新设置指定的检查方式。9.一种发动机失效风险评估系统，其特征在于，包括区域划分单元、失效样本统计单元、条件失效概率计算单元、区域风险确定单元和部件失效概率确定单元，其中：区域划分单元，用于根据有限元应力分析结果，对发动机部件进行区域划分；失效样本统计单元，用于统计第m个区域中的失效样本总数Nf_m，其中1≤m≤M，M为区域总数；条件失效概率计算单元，用于计算第m个区域的条件失效概率Pfd_m，其中Pfd_m＝Nf_m/Ns_m，Ns_m为第m个区域中的样本总数；区域风险确定单元，用于确定第m个区域的区域风险Pf_m，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈健，
申请(专利权)人：中航商用航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：上海;31