Avances Recientes en el Análisis de Fiabilidad de Sistemas de Rotor de Motores Aeroespaciales

Como componente clave en rotación de un motor aeroespacial, el sistema de rotor trabaja durante mucho tiempo en un entorno severo de alta temperatura, alta presión y alta velocidad, y necesita cumplir con una serie de indicadores exigentes y contradictorios, como larga vida útil, bajo peso y alta fiabilidad. Bajo la influencia de múltiples factores aleatorios, como cargas multifísicas, propiedades de materiales y parámetros del modelo, las respuestas de esfuerzo-deformación y vida por fatiga del sistema de rotor a menudo muestran una gran dispersión. Su evaluación detallada de fallos y análisis de fiabilidad se han convertido en tecnologías clave en el desarrollo de motores aeroespaciales avanzados. Este artículo discute primero los métodos de análisis de fiabilidad comúnmente utilizados y sus ideas de modelado, e introduce varios métodos de modelo sustituto de vanguardia; luego, tomando como ejemplo un típico sistema de rotor de turbina, se analizan las ventajas, desventajas y limitaciones de varios métodos de análisis de fiabilidad comúnmente utilizados. Los resultados del análisis muestran que el método de modelo sustituto tiene un gran potencial en términos de rendimiento predictivo de alta precisión y sin necesidad de cálculos de simulación a gran escala. Señala que la tecnología de muestreo, la forma del modelo y la estrategia de construcción son los enlaces clave que afectan la precisión y eficiencia del modelo sustituto, lo que indica la dirección futura de desarrollo para la aplicación del método de modelo sustituto en el análisis de fiabilidad de sistemas de rotores.

Método analítico aproximado/método de simulación digital:  Esta revisión introduce sistemáticamente métodos analíticos aproximados, como el método de fiabilidad principal y el método de fiabilidad secundario, y métodos de simulación digital representados por el método de Monte Carlo. Para el análisis de fiabilidad de los sistemas de rotores de motores aeronáuticos, el método analítico aproximado tiene el defecto de ser difícil de aproximar con precisión las características de la cola de la función de densidad de probabilidad, y el método de simulación digital tiende a tener una eficiencia computacional baja debido a la necesidad de invocar un gran número de funciones de estado límite no lineales reales. La Figura 1 muestra el proceso detallado de análisis de fiabilidad de los dos métodos.

Método de modelo sustituto: Construir modelos matemáticos precisos y eficientes para reemplazar funciones de estado límite implícitas de alta dimensión y no lineales es una forma importante de resolver los problemas de análisis de fiabilidad de estructuras complejas como los sistemas de rotores de motores aeronáuticos. Primero, se resumen modelos sustitutos tradicionales como funciones polinómicas, modelos Kriging, máquinas de vectores de soporte y redes neuronales BP, y se proporciona su proceso de modelado y principios de análisis; luego, desde las perspectivas de tecnología de muestreo, forma del modelo y estrategia de construcción, se introducen varios modelos sustitutos más avanzados como la tecnología de aprendizaje activo, redes neuronales difusas, regresión de redes de ondas, Kriging optimizado, estrategia de selección de valores extremos y estrategia distribuida colaborativa, indicando la posible dirección de investigación del método de modelo sustituto. Sigue la cuenta oficial: Potencia de dos máquinas primero, obtén una gran cantidad de información de dos máquinas gratis y enfócate en las tecnologías clave de las dos máquinas.

Análisis de fiabilidad del sistema de rotor de turbina: Bajo el acoplamiento de múltiples campos físicos, como fluido-sólido-calor, las raíces de las palas, el borde, el centro del disco y otras partes del rotor de la turbina generarán varios modos de fallo, como fatiga de baja frecuencia, fatiga de alta frecuencia y fluencia a alta temperatura. Su análisis de fiabilidad es un problema de análisis complejo que involucra el acoplamiento de múltiples campos físicos y varios modos de fallo. Este artículo toma un sistema de rotor de turbina típico como ejemplo, utiliza varios métodos avanzados de modelos sustitutos para analizar y evaluar su fiabilidad y sensibilidad de fiabilidad, y resume las ventajas y desventajas de diversos métodos de modelos sustitutos en el análisis de fiabilidad de sistemas de rotores de turbinas. La figura 3 muestra el proceso de análisis de fiabilidad del sistema de rotor de turbina basado en el modelo sustituto.

Las conclusiones principales y perspectivas son las siguientes:

Este artículo introduce sistemáticamente tres métodos comunes de análisis de fiabilidad: el método analítico aproximado, el método de simulación numérica y el método de modelo sustituto. Se discuten las ventajas, desventajas, limitaciones y ámbito de aplicación de cada método, destacando la superioridad del método de modelo sustituto en problemas de análisis de fiabilidad que involucran funciones funcionales implícitas complejas y altamente no lineales. Además, se proporciona una guía con significado de referencia para utilizar el método de modelo sustituto en la resolución de problemas de análisis de fiabilidad del sistema de rotores de motores aeronáuticos. Siga la cuenta oficial: Potencia de dos máquinas primero, obtenga una gran cantidad de datos de dos máquinas gratis y enfóquese en las tecnologías clave de dos máquinas.

Además, partiendo de la precisión del cálculo y la eficiencia del cálculo, este artículo resume los tres enlaces clave de modelado que determinan la efectividad del modelo sustituto: tecnología de muestreo, forma del modelo y estrategia de construcción. A través de una discusión profunda de una variedad de métodos de fiabilidad avanzados que emergen en cada enlace de modelado, se señala que al combinar orgánicamente la tecnología de muestreo, la forma del modelo y la estrategia de construcción, se puede reducir el costo de modelado mientras se asegura la precisión del cálculo. Para problemas complejos de análisis de fiabilidad estructural, como los sistemas de rotores de motores aeronáuticos, cómo mejorar aún más la credibilidad del análisis de fiabilidad del sistema de rotores de motores aeronáuticos en torno a estos tres enlaces clave de modelado merece un estudio adicional.