典型裝備部件健康評估中的不確定性建模和模型確認方法.pdf

1、以航空發(fā)動機為代表的典型裝備具有非常復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，一直在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的環(huán)境中工作運行，其關(guān)鍵部件（特別是風(fēng)扇軸等轉(zhuǎn)動部件）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，有必要對包括航空發(fā)動機部件在內(nèi)的典型裝備部件開展健康評估的工作。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)評估、損傷監(jiān)測和可靠度評估在內(nèi)的健康評估工作帶來了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，因此進行多種不確定性條件下的

2、部件建模和模型的確認評估工作具有十分重要的實際意義和工程價值。
　　論文以某型航空發(fā)動機風(fēng)扇軸、壓力容器這兩種典型裝備部件為研究對象，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體模型參數(shù)化，在此基礎(chǔ)上對其進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，對不確定性條件下的有限元模型確認方法進行了初步研究；最后在對風(fēng)扇軸有限元模型進行確認的基礎(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)測模型中的不確定

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

4、位確定。
　　在軸向力、離心力和扭矩等相關(guān)載荷條件下，對發(fā)動機風(fēng)扇軸進行有限元計算，通過風(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)力集中的危險部位，最大變形出現(xiàn)在風(fēng)扇軸和風(fēng)扇盤連接的周向邊緣。
　?。?）多種不確定性條件下的有限元模型的確認方法研究。
　　以壓力容器為研究對象，對多種不確定性條件下的有限元模型確認流程進行研究。借助Kriging響應(yīng)面代理模型對壓力容器在試驗條件

5、下的最大等效應(yīng)力進行預(yù)測，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及不確定性參數(shù)影響分析。
　　在有限元模型確認的基礎(chǔ)上，結(jié)合有限元試驗設(shè)計方法，構(gòu)建風(fēng)扇軸基于最大等效應(yīng)變的Kriging響應(yīng)面模型，在一定置信度下對風(fēng)扇軸的最大等效應(yīng)變范圍進行估計。假設(shè)在實驗數(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，分析其對風(fēng)扇軸疲勞壽命預(yù)測和可靠度的影響