[发明专利]一种考虑过渡过程的轮盘概率失效风险评估用应力分区方法

说明书

本发明公开了一种考虑过渡过程的轮盘概率失效风险评估用应力分区方法，属于风险评估领域。首先通过有限元分析获得发动机轮盘在飞行循环中的随时间变化的应力分布，建立量化的分区准则，对轮盘进行初始分区，获得若干预分区。然后根据过渡过程中每一个预分区内单元随时间变化的轮盘应力，若预分区内的应力梯度超出给定阈值，将该预分区细分为不少于两个的子分区，且子分区满足分区准则，保证各个预分区在整个飞行循环内均满足分区阈值的要求。针对应力梯度满足给定阈值的各个预分区，分别分析每一个预分区的失效概率，最终汇总得到轮盘的总失效风险。本发明为考虑过渡过程的轮盘概率失效风险评估奠定基础，规避了人为手动划分带来的误差因素。

技术领域

本发明涉及一种考虑过渡过程的轮盘概率失效风险评估用应力分区方法，属于风险评估领域。

背景技术

航空发动机的安全性是保证飞行器安全运行的关键。由于过渡过程中飞行故障高发，分析过渡过程强瞬变复杂载荷作用下的航空发动机失效机理，是从根本上提高安全性的理论基础与先决条件。

安全性保障需通过安全性分析技术实现；美国航空工业界针对旋转轮盘等关键部件的安全性保障，是通过一套完整的寿命限制件寿命评估流程实现的，其核心即概率失效风险评估技术。该技术克服了传统安全寿命管理方法在处理载荷及缺陷参数的随机性等方面的不足，可以定量分析随机参数的影响，更加准确地反映发动机部件的实际运行状态，预测飞行事故率，进而通过控制发动机危害性影响事件率，从根本上提高部件的安全性。

美国联邦航空管理局(Federal Aviation Administration,FAA)积极倡导概率失效风险评估技术在民用航空发动机领域的应用，并最终写入民用航空发动机适航规章FAR33.70条款—发动机寿命限制件，要求“申请人必须进行适当的损伤容限评估，以确定在零件的批准寿命期内，由于材料、制造和使用引起的缺陷导致的潜在失效”；同时，FAA先后颁布三部咨询通告，进一步落实关于概率失效风险评估的适航法规，表明了概率失效风险评估技术对寿命限制件安全性保障的重要性。

目前，概率失效风险评估技术已建立起成熟的理论框架，包含以下步骤：首先，针对航空发动机轮盘，基于有限元分析获得轮盘在飞行循环中的应力。然后，基于轮盘的应力，将轮盘划分为若干子区；最后，分别分析每一个子区的失效概率，最终汇总得到轮盘的失效风险。然而，现有分析方法仍存在局限性：失效分析对过渡过程的影响缺乏充分考虑，对轮盘的分区是基于一个确定的应力分布实现的，无法体现过渡过程中应力演变的影响；亟需研究并建立一种考虑过渡过程的轮盘概率失效风险评估用应力分区方法。

发明内容

针对现有技术中，轮盘的分区基于一个确定的应力分布实现，无法体现过渡过程中应力演变的影响，为进一步提高航空发动机的安全性，本发明提出一种考虑过渡过程的轮盘概率失效风险评估用应力分区方法。

具体步骤如下：

步骤一、针对某一航空发动机轮盘，通过有限元分析获得该轮盘在飞行循环中的随时间变化的应力分布；

步骤二、根据轮盘在飞行循环中某一时刻下的应力分布，建立量化的分区准则，对轮盘进行初始分区，获得若干预分区；

分区准则包含三条，且须同时满足，具体如下：

1)、同一分区内应力相似

同一分区内应力符号相同；同时，设定分区应力梯度作为分区阈值，将应力数值接近的有限元节点与单元划入同一分区。

2)、同一分区内单元几何连续

同一分区内有限元节点与单元需在几何上保持连续，即对于满足准则1)但几何上不相邻的区域，应划分为不同的分区。

3)、近表面分区

靠近轮盘表面需划分一个“薄层”分区，以考虑表面裂纹和角裂纹的影响。