CN106485032A - 一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法 - Google Patents

一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法 Download PDF

Info

Publication number
CN106485032A
CN106485032A CN201610979005.2A CN201610979005A CN106485032A CN 106485032 A CN106485032 A CN 106485032A CN 201610979005 A CN201610979005 A CN 201610979005A CN 106485032 A CN106485032 A CN 106485032A
Authority
CN
China
Prior art keywords
leaf dish
analysis
phase method
extreme value
response phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610979005.2A
Other languages
English (en)
Inventor
张春宜
刘宝升
王爱华
孙田
李志飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HARBIN TECHNOLOGY UNIV
Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
HARBIN TECHNOLOGY UNIV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HARBIN TECHNOLOGY UNIV filed Critical HARBIN TECHNOLOGY UNIV
Priority to CN201610979005.2A priority Critical patent/CN106485032A/zh
Publication of CN106485032A publication Critical patent/CN106485032A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Probability & Statistics with Applications (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)

Abstract

一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其具体过程如下：确定影响叶盘振动可靠性的因素；对影响因素中流‑热‑结构耦合载荷间传递过程进行分析；在流‑热‑结构耦合载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、谐响应分析，获取振动可靠性分析的基本参数；构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型；采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析；对双重极值响应面法进行有效性验证。本发明方法计算速度快、精度高，能直观展现输出响应的变化关系，为可靠性工程分析提供了一种新途径。

Description

一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法
技术领域
本发明是一种计算航空发动机叶盘振动可靠性设计方法，它是一种能够考虑外部载荷随机性和结构参数随机性的设计方法，属于工业技术可靠性理论技术领域。
背景技术
航空发动机工作时，叶盘的变形受到机械载荷、离心载荷、温度载荷、气动载荷等影响，其发生的事故约占总故障以及事故的25%，严重影响着发动机的安全性、可靠性、稳健性、效率等各种性能及发动机的失谐结构识别和预测，而且随着航空发动机涡轮前燃气温度、转速、推重比、动强度等日益提高，叶盘所受的振动载荷不断增加，振动引起的故障越来越多，因此，对于发动机叶盘的振动可靠性概率的分析非常必要。
概率分析已在水利、土木建筑、地质等领域广泛的应用，近年来开始应用于机械结构的灵敏度分析、不稳定性分析、风险评估等领域，出现了以响应面法为基础的概率分析方法。航空发动机叶盘振动可靠性的分析是一种复杂的动态概率分析，实际上也是一个随机过程问题，用传统的响应面法对航空发动机叶盘结构振动可靠性的计算量仍然非常大，而且效率不高，不能满足其精度和效率的需要。
发明内容
本发明的目的是：在进行叶盘振动可靠性计算时，考虑影响叶盘振动可靠性外部载荷的随机性和结构参数的随机性，针对传统计算方法不能有效的满足其精度和效率的需要，提出一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，使得其计算在不降低精度的前提下显著提高计算效率。
本发明提供了一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其具体过程如下：
a、确定影响叶盘振动可靠性的因素；
b、对影响因素中流-热-结构耦合载荷间传递过程进行分析；
c、在流-热-结构耦合载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、谐响应分析，获取叶盘振动可靠性分析的基本参数；
d、构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型；
e、采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析；
f、对双重极值响应面法进行有效性验证。
所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤a中，根据发动机叶盘振动故障分析，确定影响叶盘振动可靠性的外部载荷因素和本身结构参数。
所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤b中，利用ANSYS软件内部程序通过插值法将流体分析得到的气动压力数据传递给叶盘结构，利用单元形函数与单元节点位移得到分析对象所需的数值，将其作为输入载荷，通过有限元软件的接口传递到温度场，采用有限体积法进行流-热耦合分析；根据Fourier热传导定律和能量守恒定律，建立三维热传导方程，结合热对流牛顿冷却方程式对叶盘进行热分析，然后利用有限元法将得到的耦合界面载荷数据传递到叶盘结构，通过单元形函数对其进行结构场的分析。
所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤c中，在步骤b中流-热-结构耦合载荷影响下，对叶盘进行振动模态分析，并将得出的振动频率输入到ANSYS中的谐响应分析模块，计算得出叶盘振动的变形和应力，为叶盘振动可靠性的计算提供参数。
所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤d中，构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型，即
（1）式中，是常数项待定系数，是一次项待定系数，、是二次项待定系数，、、分别表示第、、个随机输入变量。
所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤e中，采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析，即在叶盘总体最大变形和最大应力出现位置利用中心复合设计抽样技术对随机输入变量进行小批量的抽样，根据抽样点计算出相应的输出响应，得到拟合方程所需要的数据点，基于最小二乘法通过MATLAB矩阵实验室工具箱对数据进行回归分析，得出式（1）所需要的系数、、、，然后采用MATLAB编写可靠性计算的程序并双重极值响应面法数学模型进行振动可靠性的计算。
所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的骤f中，对双重极值响应面法进行有效性验证，即在相同的计算条件下，以公认的可靠性计算方法蒙特卡罗法为基准，和响应面法相对比。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1.能直观的反应各输出响应之间的变化规律、各输出响应随时间的变化规律。
2.能在满足精度的条件下，显著的提高计算效率，减少计算成本。
3.能有效的解决背景技术中所述的问题，该方法可以使用MATLAB中已有的分类程序通过数据接口文件实现对有限元分析软件ANSYS的直接调用，利用MATLAB便捷的编程功能和ANSYS分析功能，方便工程师使用。
附图说明
图1为叶盘双重极值响应面法振动可靠性分析流程图
具体实施方式
实施例1
一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，包括以下步骤：
a、确定影响叶盘振动可靠性的因素；
b、对影响因素中流-热-结构耦合载荷间传递过程进行分析；
c、在流-热-结构耦合载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、谐响应分析，获取叶盘振动可靠性分析的基本参数；
d、构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型；
e、采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析；
f、对双重极值响应面法进行有效性验证。
实施例2
根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤a中，根据发动机叶盘振动故障分析，确定影响叶盘振动可靠性的外部载荷因素和本身结构参数。
实施例3
根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤b中，利用ANSYS软件内部程序通过插值法将流体分析得到的气动压力数据传递给叶盘结构，利用单元形函数与单元节点位移得到分析对象所需的数值，将其作为输入载荷，通过有限元软件的接口传递到温度场，采用有限体积法进行流-热耦合分析；根据Fourier热传导定律和能量守恒定律，建立三维热传导方程，结合热对流牛顿冷却方程式对叶盘进行热分析，然后利用有限元法将得到的耦合界面载荷数据传递到叶盘结构，通过单元形函数对其进行结构场的分析。
实施例4
根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤c中，在步骤b中流-热-结构耦合载荷影响下，对叶盘进行振动模态分析，并将得出的振动频率输入到ANSYS中的谐响应分析模块，计算得出叶盘振动的变形和应力，为叶盘振动可靠性的计算提供参数。
实施例5
根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤d中，构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型，即
（1）式中，是常数项待定系数，是一次项待定系数，、是二次项待定系数，、、分别表示第、、个随机输入变量。
实施例6
根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤e中，采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析，即在叶盘总体最大变形和最大应力出现位置利用中心复合设计抽样技术对随机输入变量进行小批量的抽样，根据抽样点计算出相应的输出响应，得到拟合方程所需要的数据点，基于最小二乘法通过MATLAB矩阵实验室工具箱对数据进行回归分析，得出式（1）所需要的系数、、、，然后采用MATLAB编写可靠性计算的程序并双重极值响应面法数学模型进行振动可靠性的计算。
实施例7
根据实施例1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，所述的步骤f中，对双重极值响应面法进行有效性验证，即在相同的计算条件下，以公认的可靠性计算方法蒙特卡罗法为基准，和响应面法相对比。

Claims (7)

1.一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，包括以下步骤：
a、确定影响叶盘振动可靠性的因素；
b、对影响因素中流-热-结构耦合载荷间传递过程进行分析；
c、在流-热-结构耦合载荷影响下对叶盘进行振动模态分析、谐响应分析，获取叶盘振动可靠性分析的基本参数；
d、构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型；
e、采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析；
f、对双重极值响应面法进行有效性验证。
2.根据权利要求1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，步骤a中，根据发动机叶盘振动故障分析，确定影响叶盘振动可靠性的外部载荷因素和本身结构参数。
3.根据权利要求1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，步骤b中，利用ANSYS软件内部程序通过插值法将流体分析得到的气动压力数据传递给叶盘结构，利用单元形函数与单元节点位移得到分析对象所需的数值，将其作为输入载荷，通过有限元软件的接口传递到温度场，采用有限体积法进行流-热耦合分析；根据Fourier热传导定律和能量守恒定律，建立三维热传导方程，结合热对流牛顿冷却方程式对叶盘进行热分析，然后利用有限元法将得到的耦合界面载荷数据传递到叶盘结构，通过单元形函数对其进行结构场的分析。
4.根据权利要求1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，步骤c中，在步骤b中流-热-结构耦合载荷影响下，对叶盘进行振动模态分析，并将得出的振动频率输入到ANSYS中的谐响应分析模块，计算得出叶盘振动的变形和应力，为叶盘振动可靠性的计算提供参数。
5.根据权利要求1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，步骤d中，构建叶盘振动可靠性分析的双重极值响应面法数学模型，即
（1）
式中，是常数项待定系数，是一次项待定系数，、是二次项待定系数，、、分别表示第、、个随机输入变量。
6.根据权利要求1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，步骤e中，采用双重极值响应面法对叶盘进行振动可靠性的分析，即在叶盘总体最大变形和最大应力出现位置利用中心复合设计抽样技术对随机输入变量进行小批量的抽样，根据抽样点计算出相应的输出响应，得到拟合方程所需要的数据点，基于最小二乘法通过MATLAB矩阵实验室工具箱对数据进行回归分析，得出式（1）所需要的系数、、、，然后采用MATLAB编写可靠性计算的程序并双重极值响应面法数学模型进行振动可靠性的计算。
7.根据权利要求1所述的计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法，其特征在于，步骤f中，对双重极值响应面法进行有效性验证，即在相同的计算条件下，以公认的可靠性计算方法蒙特卡罗法为基准，和响应面法相对比。
CN201610979005.2A 2016-11-08 2016-11-08 一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法 Pending CN106485032A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610979005.2A CN106485032A (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610979005.2A CN106485032A (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106485032A true CN106485032A (zh) 2017-03-08

Family

ID=58272412

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610979005.2A Pending CN106485032A (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106485032A (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107515989A (zh) * 2017-08-31 2017-12-26 哈尔滨理工大学 一种计算航空发动机叶盘高温蠕变可靠性的双重响应面法
CN107908908A (zh) * 2017-12-18 2018-04-13 哈尔滨理工大学 一种计算失谐叶盘振动变形可靠性的径向基函数响应面法
CN108038320A (zh) * 2017-12-21 2018-05-15 哈尔滨理工大学 一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法
CN108491657A (zh) * 2018-04-02 2018-09-04 哈尔滨理工大学 一种计算失谐叶盘振动失效可靠性的智能双重响应面法
CN108710738A (zh) * 2018-05-11 2018-10-26 哈尔滨理工大学 一种计算叶盘振动可靠性的极限学习机响应面法
CN108710724A (zh) * 2018-04-13 2018-10-26 哈尔滨理工大学 一种计算叶盘振动可靠性的模糊双重响应面法
CN108984834A (zh) * 2018-06-08 2018-12-11 哈尔滨工程大学 一种基于响应面法的机翼可靠性评估系统及方法
CN109885965A (zh) * 2019-03-11 2019-06-14 哈尔滨理工大学 一种柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法
CN110163277A (zh) * 2019-05-17 2019-08-23 成都汇晟连横科技有限公司 基于原色分解的图像识别训练方法、图像识别方法及系统
CN110457654A (zh) * 2019-08-08 2019-11-15 哈尔滨理工大学 一种基于现场数据的机载设备可靠性预测方法
CN114171139A (zh) * 2021-10-20 2022-03-11 中国航发四川燃气涡轮研究院 压气机叶片选材方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103942371A (zh) * 2013-12-26 2014-07-23 西北工业大学 防冰引气系统温度故障下获得可靠性灵敏度方法
CN104732084A (zh) * 2015-03-20 2015-06-24 上海交通大学 基于响应面法降低快速消化淀粉含量的模型构建方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103942371A (zh) * 2013-12-26 2014-07-23 西北工业大学 防冰引气系统温度故障下获得可靠性灵敏度方法
CN104732084A (zh) * 2015-03-20 2015-06-24 上海交通大学 基于响应面法降低快速消化淀粉含量的模型构建方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
路成: "基于耦合失效多重响应面的结构可靠性分析方法研究", 《万方数据库》 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107515989A (zh) * 2017-08-31 2017-12-26 哈尔滨理工大学 一种计算航空发动机叶盘高温蠕变可靠性的双重响应面法
CN107908908A (zh) * 2017-12-18 2018-04-13 哈尔滨理工大学 一种计算失谐叶盘振动变形可靠性的径向基函数响应面法
CN108038320A (zh) * 2017-12-21 2018-05-15 哈尔滨理工大学 一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法
CN108491657A (zh) * 2018-04-02 2018-09-04 哈尔滨理工大学 一种计算失谐叶盘振动失效可靠性的智能双重响应面法
CN108710724A (zh) * 2018-04-13 2018-10-26 哈尔滨理工大学 一种计算叶盘振动可靠性的模糊双重响应面法
CN108710738A (zh) * 2018-05-11 2018-10-26 哈尔滨理工大学 一种计算叶盘振动可靠性的极限学习机响应面法
CN108984834A (zh) * 2018-06-08 2018-12-11 哈尔滨工程大学 一种基于响应面法的机翼可靠性评估系统及方法
CN109885965A (zh) * 2019-03-11 2019-06-14 哈尔滨理工大学 一种柔性构件可靠性分析的随机多重极值响应面法
CN110163277A (zh) * 2019-05-17 2019-08-23 成都汇晟连横科技有限公司 基于原色分解的图像识别训练方法、图像识别方法及系统
CN110163277B (zh) * 2019-05-17 2021-03-26 成都汇晟连横科技有限公司 基于原色分解的图像识别训练方法、图像识别方法及系统
CN110457654A (zh) * 2019-08-08 2019-11-15 哈尔滨理工大学 一种基于现场数据的机载设备可靠性预测方法
CN114171139A (zh) * 2021-10-20 2022-03-11 中国航发四川燃气涡轮研究院 压气机叶片选材方法
CN114171139B (zh) * 2021-10-20 2023-06-30 中国航发四川燃气涡轮研究院 压气机叶片选材方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106485032A (zh) 一种计算叶盘振动可靠性的双重极值响应面法
CN102799730B (zh) 一种燃气轮机风扇叶片反扭过程的预估方法
Aslan et al. Investigation of the lattice Boltzmann SRT and MRT stability for lid driven cavity flow
US20150261893A1 (en) Method and apparatus for determining pipeline flow status parameter of natural gas pipeline network
Papoutsis-Kiachagias et al. The continuous adjoint approach to the k–ε turbulence model for shape optimization and optimal active control of turbulent flows
Ma et al. An efficient unsteady adjoint optimization system for multistage turbomachinery
Elder et al. Investigation of efficient CFD methods for the prediction of blade damping
CN104809273A (zh) 一种描述蠕变变形的方法
CN103726888A (zh) 一种汽轮机转子低周疲劳在线监控方法
CN107633106A (zh) 一种基于全局差分法的非均匀温度场下热模态灵敏度分析方法
CN108038320A (zh) 一种计算失谐叶盘振动可靠性的多重响应面法
CN108710724A (zh) 一种计算叶盘振动可靠性的模糊双重响应面法
CN108710738A (zh) 一种计算叶盘振动可靠性的极限学习机响应面法
CN116702538A (zh) 一种基于有限元理论的用于阻尼涂层叶片的动力学建模计算方法
Chen et al. Towards high-accuracy deep learning inference of compressible turbulent flows over aerofoils
Prasad et al. Static and dynamic analysis of a centrifugal pump impeller
Carloni et al. Validation and analysis of turbulence modeling in pipe elbow under secondary flow conditions
Yu et al. Fixed-point fluid structure interaction analysis based on geometrically exact approach
Zhalehrajabi et al. Effects of mesh grid and turbulence models on heat transfer coefficient in a convergent–divergent nozzle
Lee et al. Performance metric for turbine stage under unsteady pulsating flow environment
Gu et al. Nonlinear analysis of a rotating pre-twisted composite blade reinforced with functionally graded graphene platelets under axial and transverse excitations
CN109558669A (zh) 一种基于有限元模型的汽轮机转子疲劳损伤在线计算方法
CN107944116A (zh) 一种针对时变结构的瞬态能量响应高效预示方法
Bassi et al. Investigation of near-wall grid spacing effect in high-order discontinuous Galerkin RANS computations of turbomachinery flows
Aguirre et al. An analytical shock-loss model fully integrated to a streamline curvature method for axial-flow compressors

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170308

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication