[发明专利]基于Kriging模型的涡轮轴可靠性优化设计方法

说明书

本公开提供了一种基于Kriging模型的涡轮轴可靠性优化设计方法，包括：建立涡轮轴参数化有限元仿真模型；确定涡轮轴失效模式，建立涡轮轴的目标函数和可靠性约束函数；确定迭代设计点和迭代最可能失效点；构建可靠性约束函数的Kriging代理模型；采用自适应学习函数识别重要失效模式进行自适应抽样，更新Kriging代理模型；利用单层法求解获得当前优化设计点和当前最可能失效点；比较当前优化设计点和迭代设计点，若||当前优化设计点‑迭代设计点||≤阈值，则当前优化设计点为确定优化设计点；否则用当前优化设计点更新迭代设计点，用当前最可能失效点更新迭代最可能失效点。该方法计算规模小、耗时短，对涡轮轴可靠性优化设计有很强的工程意义。

技术领域

本公开涉及可靠性分析领域，具体涉及一种基于Kriging模型的涡轮轴可靠性优化设计方法、计算机存储介质和电子设备。

背景技术

涡轮轴是涡轮发动机中热端部分的重要组成部件。在航空发动机结构中起支撑作用，在低压涡轮轴上支撑涡轮转子部件；同时，也起着传递动力的作用，通过低压涡轮轴的转动将动力传递至安装在其上面的其他部件。现代军用飞机发动机的性能要求不断提升，对其可靠性也提高了更高的要求，借助高性能计算机，针对产品各性能指标进行仿真分析，已经是航空产品设计过程中的必要手段。

在实际工程中，不确定习性往往是不可避免的。可靠性优化设计能考虑来源不同的不确定性(例如，几何尺寸、材料属性、运行环境不确定性、数值不确定性等)。因而，它可以产生可靠的优化结果，并受到了广泛的关注。可靠性优化设计最具挑战的问题为可靠性约束函数是“黑箱”函数，仿真分析过程所需计算量大、耗费时间长。

因此，有必要研究一种计算规模小、耗时短的可靠性优化设计方法。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种基于Kriging模型的涡轮轴可靠性优化设计方法，该方法计算规模小、耗时短，对涡轮轴可靠性优化设计有很强的工程意义。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的第一个方面，提供一种基于Kriging模型的涡轮轴可靠性优化设计方法，包括：

建立涡轮轴参数化有限元仿真模型；

确定涡轮轴失效模式，建立涡轮轴的目标函数和可靠性约束函数；

确定迭代设计点和迭代最可能失效点；

构建可靠性约束函数的Kriging代理模型；

采用自适应学习函数识别重要失效模式进行自适应抽样，更新所述Kriging代理模型；

利用单层法求解获得当前优化设计点和当前最可能失效点；

比较所述当前优化设计点和所述迭代设计点，

若||当前优化设计点-迭代设计点||≤阈值，则所述当前优化设计点为确定优化设计点；

若||当前优化设计点-迭代设计点||＞阈值，则转至步骤确定迭代设计点和迭代最可能失效点，并用所述当前优化设计点更新所述迭代设计点，用所述当前最可能失效点更新所述迭代最可能失效点。

在本公开的示例性实施例中，所述建立涡轮轴参数化有限元仿真模型包括：建立涡轮轴的几何模型，确定网格划分和分析类型；量化涡轮轴不确定性随机输入参数。

在本公开的示例性实施例中，构建可靠性约束函数的Kriging代理模型包括：采用拉丁超立方抽样方法抽取输入样本集；根据所述输入样本集，评估所述可靠性约束函数获得训练集；根据所述训练集，获得所述Kriging代理模型。