[发明专利]一种基于SWT参数的Weakest-Link方法的涡轮盘概率寿命分析方法

说明书

本发明公开了一种基于SWT参数的Weakest‑Link方法的涡轮盘概率寿命分析方法，步骤：(1)分别设计光滑圆棒试样和不同尺寸比例中心圆孔平板试样，开展涡轮盘试样件的低循环疲劳试验；(2)通过疲劳寿命Weibull分布参数估计值分析获得寿命分布指数b_N；(3)建立SWT三参数幂函数寿命模型，通过最小二乘回归分析得到指数系数m；(4)计算损伤参数分布指数b_W；(5)计算有效损伤参数(6)计算特征疲劳寿命(7)得到疲劳寿命Weibull分布函数式；(8)当可靠度P_s或失效概率取0.5时，求得预测中值寿命N_p；当可靠度P_s分别取0.9987和0.0013时，得到概率寿命分析结果。本方法同时考虑几何尺寸效应和统计尺寸效应，实现确定性寿命预测，并给出概率寿命结果。

技术领域

本发明涉及一种基于SWT参数的Weakest-Link方法的涡轮盘概率寿命分析方法，属于航空航天发动机技术领域。

背景技术

航空发动机是一种极限产品，工作在高温、高压、高转速等的复杂载荷/环境下；发动机性能及安全性指标的提高，要求发动机重量轻、长寿命、高可靠性(如，安全飞行对发动机结构件则要求低的破坏概率，可达10^-5-10^-7次/飞行小时)。航空发动机涡轮盘承受着越来越高的温度和机械载荷，作为发动机的关键件和限寿件，要求涡轮盘具有较高的可靠性和经济性。因此，针对涡轮盘开展全面精确的寿命可靠性评估，是发动机提升性能和保证安全的必要手段。目前涡轮盘的寿命可靠性评估往往采用较为传统的“热点法”(Hot SpotMethod)，又称为“危险点法”，方法以结构危险点为研究对象，将危险点的寿命水平作为结构整体的寿命评估结果。实际轮盘结构中往往存在螺栓孔、通气孔、封严蓖齿等易产生应力集中的几何特征，在这种情况下采用热点法进行评估忽略了应力梯度对疲劳寿命的影响，往往会给出过于保守的结果，容易造成结构冗余，不利于充分挖掘结构的性能。

传统的热点法往往基于标准试样疲劳试验数据对结构进行寿命可靠性评估，而实际结构与标准试样的体积往往存在较大差异，例如大涵道比发动机的涡轮盘，体积远大于标准试样。体积越大包含材料缺陷的概率越高，相同载荷水平下，材料缺陷萌生为裂纹的概率也越高，寿命越低。因此，热点法忽略了试样与实际轮盘结构之间体积差异对疲劳寿命的影响，并不能完全保证涡轮盘的绝对安全。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种更为全面而精确的涡轮盘概率寿命分析方法，量化涡轮盘整体失效风险。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于SWT参数的Weakest-Link方法的涡轮盘概率寿命分析方法，主要包括：试样低循环试验、材料参数获取、尺寸效应分析、概率寿命分析。基于SWT参数的Weskest-Link方法物理意义明确，能够同时考虑几何尺寸效应和统计尺寸效应，并给出概率寿命结果。

实现步骤如下：

步骤(1)涡轮盘试样件疲劳试验：针对涡轮盘设计光滑圆棒试样和应力集中部位结构模拟件以考察几何尺寸效应。从盘坯上取样并开展圆棒低循环疲劳试验，获得材料的低循环疲劳性能；通过开展不同尺寸比例中心圆孔平板试验，对轮盘应力集中部位低循环疲劳寿命进行试验评估，考察统计尺寸效应。

步骤(2)对光滑圆棒试验数据和中心圆孔平板试样试验数据通过疲劳寿命Weibull分布参数估计值分析，基于Weakest-Link方法得到可靠度函数，获得寿命分布指数b_N；

步骤(3)基于光滑圆棒试验数据建立SWT三参数幂函数寿命模型，通过最小二乘回归分析得到SWT三参数幂函数寿命模型中的指数系数m；

步骤(4)损伤参数分布指数b_W根据步骤(2)中得到的试样寿命分布指数b_N和步骤(3)中得到的SWT三参数幂函数寿命模型中指数系数m共同确定；