[发明专利]一种涡轮叶盘结构振动可靠性设计方法

摘要

本发明涉及一种涡轮叶盘结构振动可靠性设计方法，初始方案设计，确定结构的几何形状并计算重量；绘制Campbell图，将确定性避开共振裕度作为优化约束条件；分析影响涡轮叶盘结构的几何、材料等，通过发动机原始飞行参数记录和载荷谱分析，获得发动机的转速谱，获得确定性设计准则给定的避开共振裕度的可靠度；针对结构振动概率准则，对振动可靠性分析结果进行评估。如结构可靠性结果不满足要求，则返回设计支持；对每个危险振型进行分析，并对全部振型进行组合风险评估，计算涡轮叶盘结构满足给定避开共振裕度的可靠性；判断是否满足各项技术指标要求，如不满足转入设计支持，对尺寸或材料进行修改。

主权项

一种涡轮叶盘结构振动可靠性设计方法，其特征在于：包括初始方案设计、危险振型分析、振动可靠性设计和设计决策四个部分，实现步骤如下：(1)初始方案设计：首先开展涡轮叶盘结构初始方案设计，根据强度、气动要求确定涡轮叶盘结构结构初步形式，并使共振转速不落在发动机设计工作转速附近或者发动机在共振转速下停留时间不长；计算并确定涡轮叶盘结构初始方案的重量，为后续步骤提供重量初始量；(2)确定性详细设计：通过涡轮叶盘选取的材料性能试验或材料数据手册，获取涡轮叶盘结构的材料属性；通过传热分析或实际测量，获取结构的温度场；对涡轮叶盘结构进行考虑预应力的模态分析；结合结构前后静叶或支板结构，确定涡轮叶盘结构的激振源；结合模态分析结构与激振源确定的倍频线绘制Campbell图，根据涡轮叶盘的设计转速，获得涡轮叶盘结构的避开共振裕度，结合确定性设计准则，判断涡轮叶盘结构是否满足准则要求；若不满足确定性设计准则要求，则返回设计支持，即以分析结果作为支持查找原因，对涡轮叶盘结构尺寸或材料进行修改，直到满足确定性设计准则为止；(3)振动可靠性设计：在确定性详细设计的基础上，分析影响涡轮叶盘结构的几何、材料随机因素及其分布特征，获得各阶固有频率尤其危险振型固有频率的分布特征；通过发动机原始飞行参数记录和载荷谱分析，获得发动机的转速谱，进而获得激励源频率的分布特征，并结合给定的避开共振裕度修正激励源频率；结合危险振型固有频率的分布特征与危险激励源频率的分布特征，获得确定性设计准则给定的避开共振裕度的可靠度，针对结构振动概率准则，对涡轮叶盘结构振动可靠性分析结果进行评估，如涡轮叶盘结构可靠性结果不满足要求，则返回设计支持，即以分析结果作为支持查找原因，对涡轮叶盘结构尺寸或材料进行修改；(4)组合风险评估：对每个危险振型进行步骤(3)的分析，并对全部振型进行组合风险评估，计算涡轮叶盘结构满足给定避开共振裕度的综合可靠度；(5)设计决策：依据涡轮叶盘结构初始方案的重量，避开共振裕度和可靠性各项技术指标，对涡轮叶盘结构进行评估，若各项技术指标满足要求，则完成设计；否则转入设计支持，结合分析结果查找原因，返回涡轮叶盘结构初始方案，对涡轮叶盘结构尺寸或材料进行修改，再次重复步骤(2)至(5)，如此反复进行直到满足设计决策要求。