Recente Vooruitgang in Betrouwbaarheidsanalyse van Aero-Engine Rotor Systemen

Als een sleutelonderdeel van een vliegtuigmotor draait het rotor systeem langdurig in een strenge omgeving van hoge temperatuur, hoge druk en hoge snelheid, en moet het voldoen aan een reeks eisen zoals lange levensduur, lichtgewicht en hoge betrouwbaarheid, die vaak tegengesteld zijn. Onder invloed van meerdere willekeurige factoren zoals multifieldbelastingen, materiaaleigenschappen en modellenparameters tonen de spanning-vervorming en vermoeidheidslevenreacties van het rotorsysteem vaak grote verspreiding. De nauwkeurige faliteitsbeoordeling en betrouwbaarheidsanalyse zijn geworden tot sleuteltechnologieën in de ontwikkeling van geavanceerde vliegtuigmotoren. In dit artikel wordt eerst ingegaan op de momenteel veelgebruikte betrouwbaarheidsanalyse methoden en hun modelleringsideeën, en worden verschillende snijrandmodellenmethoden voorgesteld; daarna, met een typisch turbine rotorsysteem als voorbeeld, worden de voordelen, nadelen en beperkingen van verschillende veelgebruikte betrouwbaarheidsanalyse methoden geanalyseerd. De analyse resultaten tonen aan dat de surrogatemodelmethode groot potentieel heeft voor hoge precisie voorspellingsprestaties en geen behoefte heeft aan uitgebreide simulatieberekeningen. Het wijst erop dat steekproeftrekkingstechnologie, modelvorm en bouwstrategie de belangrijke schakels zijn die de nauwkeurigheid en efficiëntie van het surrogatemodel beïnvloeden, waarmee de toekomstige ontwikkelingsrichting wordt aangegeven voor de toepassing van de surrogatemodelmethode in de betrouwbaarheidsanalyse van rotorsystemen.

Benaderde analytische methode/digitale simulatiemethode:  Deze review presenteert systematisch benaderde analytische methoden zoals de primaire betrouwbaarheidsmethode en de secundaire betrouwbaarheidsmethode, en digitale simulatiemethoden zoals vertegenwoordigd door de Monte Carlo-methode. Voor de betrouwbaarheidsanalyse van vliegtuigmotorrotorsystemen heeft de benaderde analytische methode de tekortkoming dat het moeilijk is om de staartkenmerken van de kansdichtheidsfunctie nauwkeurig te benaderen, en de digitale simulatiemethode is geneigd tot lage berekenings-efficiëntie door het nodig hebben om een groot aantal echte niet-lineaire limiettoestandsfuncties aan te roepen. Figuur 1 toont het gedetailleerde betrouwbaarheidsanalyseproces van beide methoden.

Surrogate model methode: Het bouwen van nauwkeurige en efficiënte wiskundige modellen om hoge-dimensionale, niet-lineaire impliciete limiettoestandsfuncties te vervangen is een belangrijke manier om betrouwbaarheidsanalyseproblemen van complexe structuren zoals vliegtuigmotorrotorsystemen op te lossen. Ten eerste worden traditionele surrogatemodellen zoals polynoomfuncties, Kriging-modellen, ondersteunende vector machines en BP-neuronale netwerken samengevat, en wordt het modelleringsproces en de analyseprincipes ervan gegeven; daarna worden vanuit de perspectieven van steekproeftechnologie, modelvorm en constructiestrategie verschillende modernere surrogatemodellen zoals actief leer technologie, vaagheidsneuronale netwerken, waveletnetwerkregressie, geoptimaliseerde Kriging, extremewaarde selectiestrategieën en gedistribueerde samenwerkingsstrategieën voorgesteld, wat aangeeft de potentiële onderzoeksrichtingen van de methode van surrogatemodellen. Volg het officiële account: Twee-machine kracht eerst, krijg gratis veel informatie over de twee machines, en concentreer je op de sleuteltechnologieën van de twee machines!

Betrouwbaarheidsanalyse van de turbineas-systeem: Onder de koppeling van meerdere fysische velden zoals vloeistof-structuur-warmte, zullen delen van de turbineas zoals de bladwortel, rand en schijfcentrum verschillende falingsmodi produceren zoals lage-cyclus vermoeidheid, hoge-cyclus vermoeidheid en hoogtemperatuurcreep. De betrouwbaarheidsanalyse hiervan is een complex analysoprobleem dat meerdere fysische velden en meerdere falingsmodi omvat. Dit artikel neemt een typisch turbineassysteem als voorbeeld, gebruikt verschillende geavanceerde surrogate model methodes om de betrouwbaarheid en betrouwbaarheidsgevoeligheid te analyseren en evalueren, en samenvat de voordelen en nadelen van verschillende surrogate model methodes in de betrouwbaarheidsanalyse van turbineassystemen. Figuur 3 toont het betrouwbaarheidsanalyseproces van het turbineassysteem gebaseerd op het surrogate model.

De belangrijkste conclusies en uitkijken zijn als volgt:

Dit artikel presenteert systeematisch drie veelvoorkomende betrouwbaarheidsanalysemethoden, namelijk de benaderde analytische methode, de numerieke simulatiemethode en de surrogatemodelmethode, bespreekt de voordelen, nadelen, beperkingen en toepassingsgebieden van elke methode, wijst op de overwicht van de surrogatemodelmethode bij betrouwbaarheidsanalyseproblemen die ingewikkelde en zeer niet-lineaire impliciete functionele functies omvatten, en biedt richtsnoeren met referentiemogelijkheden voor het gebruik van de surrogatemodelmethode om betrouwbaarheidsanalyseproblemen van vliegtuigmotorwentelsystemen op te lossen. Volg het officiële account: Twee-machinekracht eerst, verkrijg een grote hoeveelheid gratis twee-machinedata en concentreer je op de sleuteltechnologieën van twee-machine!

Daarnaast, uitgaande van de berekeningsnauwkeurigheid en -efficiëntie, samenvat dit artikel de drie sleutelmodelleringsschakels die de effectiviteit van het surrogatemodel bepalen: steekproeftechnologie, modelvorm en bouwstrategie. Door een diepgaand onderzoek naar een verscheidenheid aan snijrandige betrouwbaarheidsmethodes die opduiken in elke modelleringsschaak, wordt aangegeven dat door organisch te combineren steekproeftechnologie, modelvorm en bouwstrategie, de modelleringskosten effectief kunnen worden verlaagd terwijl de berekeningsnauwkeurigheid wordt gegarandeerd. Voor complexe structurele betrouwbaarheidsanalyseproblemen zoals rotorstelsels van vliegtuigmotoren, hoe kan de geloofwaardigheid van de betrouwbaarheidsanalyse van vliegtuigmotorrotorstelsels rond deze drie sleutelmodelleringsschakels verder worden verbeterd, wat verdere studie waard is.