任意分布参数航空发动机涡轮盘可靠性灵敏度与稳健设计

【类型】学位论文

【作者】杜尊令 

【关键词】 发动机涡轮盘 可靠性灵敏度 可靠性稳健设计 BP神经网络 有限元法 四阶矩法

【摘要】涡轮盘作为航空发动机的主要核心零部件,其工作条件十分苛刻,在高转速、高温、高速气流,高应力的环境下运行,主要承受离心力,热应力、气动力、激振力、外物冲击等循环交变载荷与动载荷作用。其结构、工作状态、工作环境十分复杂,同时,由于涡轮盘转子系统结构的几何尺寸、载荷、材料属性等都具有一定的随机性,而涡轮盘的破坏往往导致灾难性的后果,因此对涡轮盘进行可靠性的研究具有重要的理论意义和工程使用价值。本文在广泛吸取国内外机械强度设计以及可靠性灵敏度设计与稳健设计研究成果的基础上,对在高转速与高温载荷共同作用下的涡轮盘转子结构可靠性问题进行了大量的研究。具体内容如下：(1)利用有限元仿真分析软件对涡轮盘进行了参数化建模。参数化模型建立后,使得设计参数发生更改可以直接引导设计模型的自动修改,因此增强了分析的灵活性,大大提高了设计效率。(2)对简化的涡轮盘进行热结构耦合分析。根据涡轮盘的循环对称性和载荷的一致性,采用整盘模型的七十二分之一进行分析,因此,大大缩减了时间,节省了资源,通过分析结果可知最大应力所在位置与试验中破坏位置一致。(3)随机有限元法和响应面法是目前解决复杂结构可靠性问题的常用方法,本文提出了随机有限元法和响应面法相结合的涡轮盘可靠性分析方法,充分利用BP神经网络的函数逼近功能和非线性映射功能拟合涡轮盘响应与随机变量之间的函数关系式。(4)常规可靠性设计中,各参数的分布类型均已知,而实际工程中很难有足够的资料直接确定各参数的分布类型,而参数的前四阶矩则较易获得,本文章四阶矩技术,解决了任意分布参数下的涡轮盘可靠性与可靠性灵敏度问题。(5)结合有限元仿真分析、BP神经网络技术、随机摄动法、可靠性优化设计理论、可靠性灵敏度方法与稳健设计方法,应用四阶矩技术,讨论了具有任意分布参数的涡轮盘的可靠性稳健优化设计问题。通过选择最优的结构参数,降低了可靠性灵敏度、减轻了涡轮盘的质量,达到了可靠性稳健设计的目的。为涡轮转子结构的可靠性灵敏度分析与可靠性稳健设计提供了理论依据。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】东北大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】张义民

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