基于不確定性的航空發(fā)動機渦輪盤概率疲勞壽命預測.pdf

1、作為航空發(fā)動機的斷裂和耐久性關(guān)鍵件之一，渦輪盤長期經(jīng)受交變載荷的作用，且處于高溫環(huán)境中，特別容易產(chǎn)生疲勞、蠕變累積損傷，影響安全服役時間。為此，結(jié)合渦輪盤失效機理，建立壽命預測模型成為保證其安全服役的有效手段之一。本文探討概率疲勞壽命預測建模的研究，同時考慮了壽命預測模型和壽命數(shù)據(jù)中存在的認知不確定性和隨機不確定性，歸納出四類不確定性來源：模型不確定性、參數(shù)不確定性、測量誤差、建模誤差，且使用概率方法量化出這些不確定性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合

2、蒙特卡洛仿真算法量化出不確定性傳遞引起的壽命預測不確定性。本文開展的研究擬量化多種不確定性及其對壽命預測能力的影響，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建減小預測不確定性的理論框架，具有重要的理論意義和應用價值。論文研究主要內(nèi)容和研究成果如下：
　?。?）選用塑性應變能密度模型（Plastic Strain Energy Density，PSED）和廣義能量損傷參數(shù)模型（Generalized Damage Parameter，GDP）模型實現(xiàn)了渦輪盤

3、疲勞壽命預測。
　　發(fā)動機渦輪盤失效形式主要是反復載荷作用產(chǎn)生的疲勞損傷和高溫變形下的蠕變損傷引起的低周疲勞失效。本論文認為塑性應變能與輪盤失效模式關(guān)系最緊密。PSED和GDP模型都是使用塑性應變能密度或與其相關(guān)的參數(shù)作為損傷參數(shù)，是合乎渦輪盤失效形式的模型，適合用于預測渦輪盤使用壽命。同時根據(jù)失效形式，渦輪盤常用GH4133作為制造材料。使用GH4133的疲勞壽命數(shù)據(jù)，對比模型預測壽命和實驗壽命，結(jié)果表明兩模型適合預測渦輪盤疲勞

4、壽命，但都存在預測偏差。
　?。?）構(gòu)建的理論框架，適合量化認知不確定性和隨機不確定性，并使用概率密度函數(shù)描述壽命預測不確定性。
　　依據(jù)認知不確定性和隨機不確定性的特點及不同的不確定性來源歸納出的測量誤差、預測誤差、模型不確定性、參數(shù)不確定性這四類不確定性。使用GH4133實驗數(shù)據(jù)，通過歷史經(jīng)驗和基于 Bayes推理的模型更新策略分別量化這些不確定性。在此基礎(chǔ)上，使用BF判斷數(shù)據(jù)與模型的吻合程度，進而采用BMA（Bayes

5、ian Model Averaging）或UF（Uncertainty Factors）表示出壽命概率密度函數(shù)，結(jié)合蒙特卡洛仿真算法描述多種不確定性傳遞引起的壽命預測不確定性。
　?。?）對普通RJMCMC（(Reversible Jump Markov Chain Monte Carlo)）算法提出了改進算法，DRAM-RJMCMC仿真算法，并應用于渦輪盤的概率壽命預測。
　　普通的 RJMCMC算法不僅收斂速度慢，而且候