航空发动机整体叶盘可靠性优化设计

发布时间：2017-07-28 23:18

  本文关键词：航空发动机整体叶盘可靠性优化设计

  更多相关文章： 响应面法 分解协调优化 可靠性分析 涡轮叶盘 共因失效

【摘要】：航空发动机是飞机的推进系统,为飞机提供飞行动力。叶盘是航空发动机的核心部件,也是航空发动机中受力最复杂部件之一。叶盘在正常工作时会受不稳定尾部气流或偶然因素(如燃烧室、导向器或冷却系统发生故障)的影响,使叶片产生振动或局部高温,导致叶片产生较大变形和应力。因此研究叶盘的可靠性并对叶盘进行可靠性优化显得尤为重要。(1)为了更精确的研究航空发动机叶片发生一阶共振时的可靠性,在考虑共因失效(由振动一种因素引起的叶片变形和应力失效)的基础上,提出了基于双重响应面法的航空发动机叶片振动可靠性分析方法。通过双重响应面方法,建立叶片最大变形和最大应力的响应面数学模型;以叶片最大变形和最大应力的响应面数学模型代替叶片振动有限元模型,在考虑转速、气动力、材料密度的基础上,利用联动抽样法对叶片进行可靠性分析。通过与Monte-Carlo法进行比较验证了双重响应面法在叶片发生一阶共振中的可行性与适用性。(2)为了更准确的研究航空发动机涡轮叶片在发生短时间局部高温时的可靠性,在考虑共因失效(由局部高温引起的叶片多种失效)的基础上,提出了基于多重响应面法的航空发动机叶片局部高温可靠性分析方法。通过多重响应面方法,建立叶片的整体变形、径向变形、应力、温度四重响应面模型;以叶片的整体变形、径向变形、应力、温度四重响应面模型代替叶片局部高温有限元模型,利用联动抽样方法完成可靠性分析。通过与Monte Carlo法进行比较验证了多重响应面法在叶片发生局部高温时的有效性。(3)为了更好的对航空发动机涡轮叶盘运行参数进行优化设计,在采用分解协调优化策略的基础上,对涡轮叶盘运行参数进行可靠性优化设计。通过响应面法,建立叶片和轮盘的变形响应面数学模型;以叶片和轮盘的变形响应面数学模型代替叶片和轮盘有限元模型,基于分解协调优化策略及可靠性优化设计方法,对叶盘运行参数(转速和工作温度)进行可靠性优化设计。通过与普通优化结果比较得出,验证了基于分解协调优化策略的可靠性优化在叶盘运行参数优化中的优越性。
【关键词】：响应面法 分解协调优化 可靠性分析 涡轮叶盘 共因失效
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V232
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景和意义10
• 1.2 国内外研究和发展状况10-13
• 1.2.1 可靠性分析的发展状况10-12
• 1.2.2 可靠性优化设计的发展状况12-13
• 1.3 课题来源和主要研究内容13-15
• 第2章 涡轮叶片振动可靠性分析15-33
• 2.1 叶片振动基本理论与基本概念15-19
• 2.1.1 叶片振动概述15
• 2.1.2 叶片振动主要参数15-16
• 2.1.3 叶片的振动形态16
• 2.1.4 叶片振动微分方程16-18
• 2.1.5 叶片谐响应分析数学模型18-19
• 2.2 可靠性分析的双重响应面法19-21
• 2.3 算例分析21-31
• 2.3.1 原始数据21
• 2.3.2 叶片确定性分析21-25
• 2.3.3 叶片可靠性分析25-30
• 2.3.4 响应面灵敏度分析30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 涡轮叶片局部高温可靠性分析33-57
• 3.1 叶片局部高温基本概念和基本理论33-38
• 3.1.1 叶片局部高温概述33
• 3.1.2 叶片局部高温基本参数概述33-34
• 3.1.3 叶片热应力的基本理论基础34-36
• 3.1.4 叶片导热微分方程36-38
• 3.2 叶片多种失效模式的可靠性分析38-40
• 3.3 算例分析40-56
• 3.3.1 原始数据40
• 3.3.2 叶片确定性分析40-47
• 3.3.3 可靠性分析47-53
• 3.3.4 多重响应面法有效性验证53
• 3.3.5 响应面灵敏度分析53-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第4章 航空发动机叶盘可靠性优化设计57-70
• 4.1 优化设计基本概念57-58
• 4.2 可靠性优化设计基本理论58-59
• 4.3 基于响应面法的分解协调可靠性优化设计59-61
• 4.4 优化算例分析61-69
• 4.4.1 叶盘优化问题概述61-63
• 4.4.2 叶片和轮盘的确定性分析63-64
• 4.4.3 随机变量的选取64
• 4.4.4 叶片和轮盘响应面方程建立64
• 4.4.5 叶盘响应面方程灵敏度分析64-65
• 4.4.6 叶盘运行参数优化65-69
• 4.5 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-77
• 硕士期间发表的论文77-78
• 致谢78

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本文编号：586502