一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法制造技术

一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其具体过程如下：确定影响叶盘振动可靠性的因素；对影响因素中流‑热‑结构耦合载荷间传递过程进行分析；在流‑热‑结构耦合载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、谐响应分析，获取振动可靠性分析的基本参数；构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型；采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析；对双重极值响应面法进行有效性验证。本发明专利技术方法计算速度快、精度高，能直观展现输出响应的变化关系，为可靠性工程分析提供了一种新途径。

A double extreme response surface method for calculating the vibration reliability of bladed disk

A double extreme vibration reliability assessment of leaf disc response surface method, the specific process is as follows: to identify factors influencing leaf disc vibration reliability; influence factors in thermal structural coupling between load transfer process were analyzed; in thermal structure coupling load flow under the influence of the bladed disk vibration analysis of modal analysis, harmonic in response, to obtain the basic parameters of the vibration reliability analysis; construction of double bladed disk vibration response analysis of extreme reliability mathematical model analysis by double surface method; extreme vibration reliability of blade response surface method; the double pole value validation response surface method. The method of the invention has the advantages of fast calculation speed and high precision, and can directly display the change relation of the output response, and provides a new approach for the reliability engineering analysis.

【技术实现步骤摘要】
一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法
本专利技术是一种计算航空发动机叶盘振动可靠性设计方法，它是一种能够考虑外部载荷随机性和结构参数随机性的设计方法，属于工业技术可靠性理论

技术介绍
航空发动机工作时，叶盘的变形受到机械载荷、离心载荷、温度载荷、气动载荷等影响，其发生的事故约占总故障以及事故的25%，严重影响着发动机的安全性、可靠性、稳健性、效率等各种性能及发动机的失谐结构识别和预测，而且随着航空发动机涡轮前燃气温度、转速、推重比、动强度等日益提高，叶盘所受的振动载荷不断增加，振动引起的故障越来越多，因此，对于发动机叶盘的振动可靠性概率的分析非常必要。概率分析已在水利、土木建筑、地质等领域广泛的应用，近年来开始应用于机械结构的灵敏度分析、不稳定性分析、风险评估等领域，出现了以响应面法为基础的概率分析方法。航空发动机叶盘振动可靠性的分析是一种复杂的动态概率分析，实际上也是一个随机过程问题，用传统的响应面法对航空发动机叶盘结构振动可靠性的计算量仍然非常大，而且效率不高，不能满足其精度和效率的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的是：在进行叶盘振动可靠性计算时，考虑影响叶盘振动可靠性外部载荷的随机性和结构参数的随机性，针对传统计算方法不能有效的满足其精度和效率的需要，提出一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，使得其计算在不降低精度的前提下显著提高计算效率。本专利技术提供了一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其具体过程如下：a、确定影响叶盘振动可靠性的因素；b、对影响因素中流-热-结构耦合载荷间传递过程进行分析；c、在流-热-结构耦合载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、谐响应分析，获取叶盘振动可靠性分析的基本参数；d、构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型；e、采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析；f、对双重极值响应面法进行有效性验证。所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤a中，根据发动机叶盘振动故障分析，确定影响叶盘振动可靠性的外部载荷因素和本身结构参数。所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤b中，利用ANSYS软件内部程序通过插值法将流体分析得到的气动压力数据传递给叶盘结构，利用单元形函数与单元节点位移得到分析对象所需的数值，将其作为输入载荷，通过有限元软件的接口传递到温度场，采用有限体积法进行流-热耦合分析；根据Fourier热传导定律和能量守恒定律，建立三维热传导方程，结合热对流牛顿冷却方程式对叶盘进行热分析，然后利用有限元法将得到的耦合界面载荷数据传递到叶盘结构，通过单元形函数对其进行结构场的分析。所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤c中，在步骤b中流-热-结构耦合载荷影响下，对叶盘进行振动模态分析，并将得出的振动频率输入到ANSYS中的谐响应分析模块，计算得出叶盘振动的变形和应力，为叶盘振动可靠性的计算提供参数。所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤d中，构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型，即（1）式中，是常数项待定系数，是一次项待定系数，、是二次项待定系数，、、分别表示第、、个随机输入变量。所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤e中，采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析，即在叶盘总体最大变形和最大应力出现位置利用中心复合设计抽样技术对随机输入变量进行小批量的抽样，根据抽样点计算出相应的输出响应，得到拟合方程所需要的数据点，基于最小二乘法通过MATLAB矩阵实验室工具箱对数据进行回归分析，得出式（1）所需要的系数、、、，然后采用MATLAB编写可靠性计算的程序并双重极值响应面法数学模型进行振动可靠性的计算。所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的骤f中，对双重极值响应面法进行有效性验证，即在相同的计算条件下，以公认的可靠性计算方法蒙特卡罗法为基准，和响应面法相对比。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1.能直观的反应各输出响应之间的变化规律、各输出响应随时间的变化规律。2.能在满足精度的条件下，显著的提高计算效率，减少计算成本。3.能有效的解决
技术介绍
中所述的问题，该方法可以使用MATLAB中已有的分类程序通过数据接口文件实现对有限元分析软件ANSYS的直接调用，利用MATLAB便捷的编程功能和ANSYS分析功能，方便工程师使用。附图说明图1为叶盘双重极值响应面法振动可靠性分析流程图具体实施方式实施例1一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，包括以下步骤：a、确定影响叶盘振动可靠性的因素；b、对影响因素中流-热-结构耦合载荷间传递过程进行分析；c、在流-热-结构耦合载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、谐响应分析，获取叶盘振动可靠性分析的基本参数；d、构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型；e、采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析；f、对双重极值响应面法进行有效性验证。实施例2根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤a中，根据发动机叶盘振动故障分析，确定影响叶盘振动可靠性的外部载荷因素和本身结构参数。实施例3根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤b中，利用ANSYS软件内部程序通过插值法将流体分析得到的气动压力数据传递给叶盘结构，利用单元形函数与单元节点位移得到分析对象所需的数值，将其作为输入载荷，通过有限元软件的接口传递到温度场，采用有限体积法进行流-热耦合分析；根据Fourier热传导定律和能量守恒定律，建立三维热传导方程，结合热对流牛顿冷却方程式对叶盘进行热分析，然后利用有限元法将得到的耦合界面载荷数据传递到叶盘结构，通过单元形函数对其进行结构场的分析。实施例4根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤c中，在步骤b中流-热-结构耦合载荷影响下，对叶盘进行振动模态分析，并将得出的振动频率输入到ANSYS中的谐响应分析模块，计算得出叶盘振动的变形和应力，为叶盘振动可靠性的计算提供参数。实施例5根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤d中，构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型，即（1）式中，是常数项待定系数，是一次项待定系数，、是二次项待定系数，、、分别表示第、、个随机输入变量。实施例6根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤e中，采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析，即在叶盘总体最大变形和最大应力出现位置利用中心复合设计抽样技术对随机输入变量进行小批量的抽样，根据抽样点计算出相应的输出响应，得到拟合方程所需要的数据点，基于最小二乘法通过MATLAB矩阵实验室工具箱对数据进行回归分析，得出式（1）所需要的系数、、、，然后采用MATLAB编写可靠性计算的程序并双重极值响应面法数学模型进行振动可靠性的计算。实施例7根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤f中，对双重极值响应面法进行有效性验证，即在相同的计算条件下，以公认的可靠性计算方法蒙特卡罗法为基准，和响应面法相对比。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，包括以下步骤：a、确定影响叶盘振动可靠性的因素；b、对影响因素中流‑热‑结构耦合载荷间传递过程进行分析；c、在流‑热‑结构耦合载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、谐响应分析，获取叶盘振动可靠性分析的基本参数；d、构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型；e、采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析；f、对双重极值响应面法进行有效性验证。

【技术特征摘要】
1.一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，包括以下步骤：a、确定影响叶盘振动可靠性的因素；b、对影响因素中流-热-结构耦合载荷间传递过程进行分析；c、在流-热-结构耦合载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、谐响应分析，获取叶盘振动可靠性分析的基本参数；d、构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型；e、采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析；f、对双重极值响应面法进行有效性验证。2.根据权利要求1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，步骤a中，根据发动机叶盘振动故障分析，确定影响叶盘振动可靠性的外部载荷因素和本身结构参数。3.根据权利要求1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，步骤b中，利用ANSYS软件内部程序通过插值法将流体分析得到的气动压力数据传递给叶盘结构，利用单元形函数与单元节点位移得到分析对象所需的数值，将其作为输入载荷，通过有限元软件的接口传递到温度场，采用有限体积法进行流-热耦合分析；根据Fourier热传导定律和能量守恒定律，建立三维热传导方程，结合热对流牛顿冷却方程式对叶盘进行热分析，然后利用有限元法将得到的耦合界面载荷数据传递到叶盘结构，通过单元形函数对其进行结构场的分析。4.根据权利要求1所述的计算叶盘振动可靠性的双重...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春宜，刘宝升，王爱华，孙田，李志飞，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23