典型裝備部件健康評(píng)估中的不確定性建模和模型確認(rèn)方法.pdf

1、以航空發(fā)動(dòng)機(jī)為代表的典型裝備具有非常復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，一直在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的環(huán)境中工作運(yùn)行，其關(guān)鍵部件（特別是風(fēng)扇軸等轉(zhuǎn)動(dòng)部件）的故障發(fā)生可能導(dǎo)致飛行事故的發(fā)生，造成嚴(yán)重的后果，有必要對(duì)包括航空發(fā)動(dòng)機(jī)部件在內(nèi)的典型裝備部件開(kāi)展健康評(píng)估的工作。并且由于裝備部件的結(jié)構(gòu)組成和服役環(huán)境日益復(fù)雜，其材料屬性、幾何特征等存在諸多誤差和不確定性，給包括狀態(tài)評(píng)估、損傷監(jiān)測(cè)和可靠度評(píng)估在內(nèi)的健康評(píng)估工作帶來(lái)了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，因此進(jìn)行多種不確定性條件下的

2、部件建模和模型的確認(rèn)評(píng)估工作具有十分重要的實(shí)際意義和工程價(jià)值。
　　論文以某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸、壓力容器這兩種典型裝備部件為研究對(duì)象，一方面考慮模型參數(shù)的不確定性，分別將風(fēng)扇軸和壓力容器的三維實(shí)體模型參數(shù)化，在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行有限元分析和參數(shù)相關(guān)性分析；另一方面在有限元分析基礎(chǔ)上，對(duì)不確定性條件下的有限元模型確認(rèn)方法進(jìn)行了初步研究；最后在對(duì)風(fēng)扇軸有限元模型進(jìn)行確認(rèn)的基礎(chǔ)上，利用證據(jù)理論中證據(jù)分析方法，處理疲勞壽命預(yù)測(cè)模型中的不確定

3、參數(shù)，分析其對(duì)疲勞壽命和可靠度等的影響。
　　論文的主要研究工作包括：
　　（1）某航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸和壓力容器的三維實(shí)體建模及有限元分析建模。
　　依據(jù)某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇軸實(shí)際尺寸，在 Pro/E軟件中構(gòu)建了風(fēng)扇軸的三維實(shí)體模型，并進(jìn)行了合理的簡(jiǎn)化，然后利用Pro/E與ANSYS workbench的無(wú)縫鏈接，對(duì)模型參數(shù)化，建立風(fēng)扇軸有限元分析模型。
　?。?）在實(shí)際載荷和約束條件下的有限元應(yīng)力應(yīng)變分析及危險(xiǎn)部

4、位確定。
　　在軸向力、離心力和扭矩等相關(guān)載荷條件下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸進(jìn)行有限元計(jì)算，通過(guò)風(fēng)扇軸的應(yīng)力應(yīng)變分布云圖和整體的受力變形情況，確定出靠近花鍵端的軸肩處和花鍵根部為應(yīng)力集中的危險(xiǎn)部位，最大變形出現(xiàn)在風(fēng)扇軸和風(fēng)扇盤(pán)連接的周向邊緣。
　?。?）多種不確定性條件下的有限元模型的確認(rèn)方法研究。
　　以壓力容器為研究對(duì)象，對(duì)多種不確定性條件下的有限元模型確認(rèn)流程進(jìn)行研究。借助Kriging響應(yīng)面代理模型對(duì)壓力容器在試驗(yàn)條件

5、下的最大等效應(yīng)力進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在一定置信度下給出最大等效應(yīng)力的置信區(qū)間。
　?。?）數(shù)據(jù)不足條件下的風(fēng)扇軸有限元模型確認(rèn)及不確定性參數(shù)影響分析。
　　在有限元模型確認(rèn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，構(gòu)建風(fēng)扇軸基于最大等效應(yīng)變的Kriging響應(yīng)面模型，在一定置信度下對(duì)風(fēng)扇軸的最大等效應(yīng)變范圍進(jìn)行估計(jì)。假設(shè)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不足的情況下，利用證據(jù)變量將疲勞壽命模型中的不確定性參數(shù)處理為證據(jù)變量，分析其對(duì)風(fēng)扇軸疲勞壽命預(yù)測(cè)和可靠度的影響