[发明专利]一种考虑多部位失效相关的轮盘裂纹扩展可靠性分析方法

说明书

本发明涉及一种考虑多部位失效相关的轮盘裂纹扩展可靠性分析方法，(1)通过有限元分析、危险部位分组建立“藤树”结构，实现轮盘多失效部位分组；(2)获取多部位裂纹扩展寿命数据，利用边缘函数推断估计法确定状态函数的边缘累积分布，然后通过极大似然估计法依次确定耦合函数和耦合参数；(3)基于耦合函数和耦合参数实现多部位相关的裂纹扩展寿命可靠性分析。本发明通过耦合函数分组方法量化多部位失效相关性提高计算效率，量化多失效相关性对可靠性的影响从而提高可靠性预测精度。

技术领域

本发明属于航空航天发动机技术领域，具体涉及一种考虑多部位失效相关的轮盘裂纹扩展可靠性分析方法。

背景技术

轮盘在载荷、几何、材料等随机因素作用下，盘心、偏心孔、辐板等典型应力集中部位将随机萌生裂纹，引发轮盘多部位失效故障。由于相同/相似载荷、几何随机变量，轮盘中多失效部位具有失效相关性，属于共因失效。现有的可靠性分析方法大多假设各失效完全独立或完全相关，前者忽略各失效部位的相关性，而后者利用最危险失效部位近似代表整体结构。对于多部位串联共因失效的轮盘，完全独立和完全相关方法仅能提供轮盘失效概率的上下界，均无法获取准确的失效概率。有必要研究轮盘盘心、偏心孔、辐板等多失效部位相关性表征方法，建立考虑多部位相关的寿命可靠性分析模型，从而更为精确地预测轮盘裂纹扩展寿命可靠性。

现有专利“一种基于拟蒙特卡洛抽样的涡轮盘裂纹扩展可靠性分析方法”，以最危险点为考核点，考虑材料和几何分散性实现涡轮盘概率寿命及可靠性评估，但是该方法无法考虑多危险部位及其相关性对轮盘可靠性的影响。现有文献“基于混合Copula函数的风电功率相关性分析[J].季峰,蔡兴国,王俊.电力系统自动化,2014,38(02):1-5+32.”通过混合耦合(Copula)函数量化输入变量相关性，但是该方法适用于相关变量维度低的情况，当相关变量维度高时，耦合参数预测困难，不具有工程实用价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种考虑多部位失效相关的轮盘裂纹扩展可靠性分析方法，服务与支撑航空发动机寿命预测技术。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：进行轮盘多失效部位分组，利用分组耦合函数表征多部位相关性，基于试验数据确定耦合函数中耦合参数，实现考虑多部位失效相关的裂纹扩展寿命可靠性分析。具体实现步骤如下：

(1)轮盘多失效部位分组:轮盘中存在盘心、偏心孔、辐板多处危险部位，通过分组方法将所述危险部位进行分组；

(2)多失效部位失效相关性表征：为描述所述分组的相关性，通过重复建立相邻部位的二元耦合函数H和耦合参数θ，得到多失效部位失效的联合分布函数；利用极大似然估计法估计得到最终的二元耦合函数H和耦合参数θ；

(3)多失效部位相关的裂纹扩展寿命可靠性分析：假设轮盘中共存在k个危险部位，各所述危险部位组成串联系统，基于步骤(2)所获取的最终的二元耦合函数H和耦合参数θ，计算轮盘可靠度R为：

其中，Pr表示概率；i为危险部位编号；k表示危险部位数量；F_i表示第i个危险部位的累积概率分布；x_i表示第i个危险部位的裂纹扩展长度，x_c表示临界裂纹扩展长度。

进一步地，所述步骤(1)中，所述分组的具体步骤如下：

①开展轮盘有限元分析，确定轮盘最大应力，选择大于最大应力50％且应力集中系数大于2的部位作为轮盘的所述危险部位；

②根据所述危险部位的载荷和几何特征进行分类，具体规则为：按照盘缘到盘心的顺序将具有相同几何特征的危险部位分为一类，用A、B、C依次编号，其中A、B、C每类包含多个危险部位；

③A、B、C各类组内的单个危险部位从同一起点处以顺时针顺序，用1、2、3依次编号；