[发明专利]数据物理融合驱动的高温部件可靠性评定方法和系统

说明书

本发明涉及数据物理融合驱动的高温部件可靠性评定方法和系统。该方法在构建有限元模型后，基于有限元模型根据实际载荷工况模拟待评定关重部件在循环载荷下的受力情况，以得到待评定关重部件的危险位置，接着，基于有限元模型，通过正交实验设计组合不同的工况参数后进行模拟仿真，得到危险位置在不同工况参数组合下的应力和温度数据，采用代理模型基于应力和温度数据建立工况参数与应力和温度数据间的映射关系，然后，基于映射关系，根据当前工况参数确定当前待评定关重部件的危险位置所受的应力和温度数据，以得到概率损伤累积数据，最后，综合采用多随机过程模型基于概率损伤累积数据得到可靠性评估结果，进而提高可靠性评定的合理性和准确性。

技术领域

本发明涉及高温部件可靠性评估技术领域，特别是涉及一种数据物理融合驱动的高温部件可靠性评定方法和系统。

背景技术

以核能装备、航空航天装备、重型燃气轮机等为代表的高端装备制造难度大、研发周期长、涉及产业广，是世界各国综合国力竞争和科技发展战略的必争高地，可靠性则是制约高端装备发展的“软肋”。大型汽轮机转子，重型燃气轮机透平及叶片等关重部件，其在运行过程中承受着启停机、变负荷等多种交变载荷，服役环境十分复杂。一旦该类关重部件发生断裂等失效行为就会造成难以估计的后果。因此，如何保障该类关重部件的安全可靠性，使其在服役过程中可以安全运行已经成为了当下工程界及科学界的一个亟需解决的难题。

传统的可靠性评估方法基于单元部件的失效数据进行概率统计分析方法从而给出部件的可靠度设计指标，但是随着该类关重部件的可靠性进一步提升，已经很难获得大量的失效样本数据。

基于数据驱动的性能退化建模与可靠性评定可以通过传感器数据在线收集部件的状态监测信息，结合随机过程模型预测部件的剩余寿命。但是这样的方法往往只是关注表象退化特征如温度、振动等参量的变化而没有结合部件的物理失效机理，因此不能准确的反映部件的性能退化从而影响可靠性的评估结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种数据物理融合驱动的高温部件可靠性评定方法和系统，能够提高可靠性评定的合理性和准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

数据物理融合驱动的高温部件可靠性评定方法，包括：

获取待评定关重部件的结构参数；所述结构参数包括：几何尺寸和结构特征；

基于所述结构参数进行有限元建模得到有限元模型；

基于所述有限元模型，根据实际载荷工况模拟所述待评定关重部件在循环载荷下的受力情况，并根据应力大小确定待评定关重部件的危险位置；所述危险位置为模拟过程中应力最大的部位；所述实际载荷工况为待评定关重部件服役时的载荷工况；

基于所述有限元模型，通过正交实验设计组合不同的工况参数，并基于所述工况参数进行模拟仿真，得到所述危险位置在不同工况参数组合下的应力数据和温度数据；

采用代理模型基于所述应力数据和所述温度数据建立所述工况参数与所述应力数据和所述温度数据间的映射关系；所述代理模型为多层人工神经网络；

实时获取待评定关重部件的当前工况参数；

基于所述映射关系，根据所述当前工况参数确定当前待评定关重部件的危险位置所受的应力数据和温度数据；

根据当前待评定关重部件的危险位置所受的应力数据和温度数据确定概率损伤累积数据；

采用随机过程模型基于所述概率损伤累积数据得到所述待评定关重部件的可靠性评估结果。

优选地，所述根据当前待评定关重部件的危险位置所受的应力数据和温度数据确定概率损伤累积数据，具体包括：

利用雨流计数法根据所述当前待评定关重部件的危险位置所受的应力数据统计应力循环周次；