Ostatnie postępy w analizie niezawodności systemów wirników silników lotniczych

Jako kluczowy obracający się element silnika lotniczego, system wirnika działa w surowym środowisku o wysokiej temperaturze, wysokim ciśnieniu i dużej prędkości przez długi czas, a musi spełniać szereg wymagających i sprzecznych wskaźników, takich jak długotrwałość, lekkość i wysoka niezawodność. Pod wpływem wielu losowych czynników, takich jak obciążenia wielopólne, właściwości materiałów i parametry modeli, odpowiedzi odkształcenia-naprężenia i życie zmęczeniowe systemu wirnika często prezentują dużą dyspersję. Dokładna ocena ich awarii i analiza niezawodności stały się kluczowymi technologiami w rozwoju zaawansowanych silników lotniczych. W niniejszym artykule najpierw omówiono obecnie stosowane metody analizy niezawodności i ich pomysły modelujące, przedstawiając kilka nowoczesnych metod modeli zastępczych; następnie, biorąc pod uwagę typowy system wirnika turbinowego, przeanalizowano zalety, wady i ograniczenia kilku powszechnie używanych metod analizy niezawodności. Wyniki analizy wskazują, że metoda modeli zastępczych ma ogromny potencjał w zakresie wysokiej precyzji predykcyjnej oraz braku potrzeby przeprowadzania dużych symulacji obliczeniowych. Wskazano, że technologia próbkowania, forma modelu i strategia konstrukcyjna są kluczowymi aspektami wpływającymi na dokładność i wydajność modeli zastępczych, co wskazuje kierunki przyszłego rozwoju dla zastosowań tej metody w analizie niezawodności systemów wirników.

Przybliżona metoda analityczna/metoda symulacji cyfrowej:  Ten przegląd systematycznie przedstawia przybliżone metody analityczne, takie jak podstawowa metoda niezawodności i druga metoda niezawodności, oraz metody symulacji cyfrowej reprezentowane przez metodę Monte Carlo. W przypadku analizy niezawodności systemów wirników silników lotniczych, przybliżona metoda analityczna ma wadę trudności dokładnego przybliżenia charakterystyk ogona funkcji gęstości prawdopodobieństwa, a metoda symulacji cyfrowej jest podatna na niską efektywność obliczeniową z powodu konieczności wywoływania dużej liczby rzeczywistych nieliniowych funkcji stanu granicznego. Rysunek 1 przedstawia szczegółowy proces analizy niezawodności obu metod.

Metoda modelu zastępczego: Tworzenie dokładnych i efektywnych modeli matematycznych w celu zastąpienia funkcji stanu granicznego o wysokiej wymiarowości i nieliniowości implikatywnej jest ważnym sposobem na rozwiązanie problemów analizy niezawodności złożonych konstrukcji, takich jak układy wirników silników lotniczych. Po pierwsze, podsumowano tradycyjne modele zastępcze, takie jak funkcje wielomianowe, modele Kriginga, maszyny wektorów nośnych oraz sieci neuronowe BP, a ich proces modelowania i zasady analizy zostały przedstawione; następnie, z perspektywy technologii próbkowania, formy modelu i strategii konstrukcji, wprowadzono kilka bardziej nowoczesnych modeli zastępczych, takich jak technologia aktywnego uczenia, rozmyte sieci neuronowe, regresja sieci fali, zoptymalizowany Kriging, strategia wyboru ekstremalnych wartości oraz strategia rozproszonej współpracy, wskazując kierunek potencjalnych badań metodologicznych dotyczących metody modeli zastępczych. Obserwuj oficjalne konto: Pierwsza moc dwumaszynowa, uzyskaj dużą ilość informacji o dwóch maszynach za darmo i skup się na kluczowych technologiach dwóch maszyn!

Analiza niezawodności systemu wirnika turbinowego: W wyniku sprzężenia wielu pól fizycznych, takich jak ciecz-środowisko-termiczne, w różnych częściach wirnika turbinowego, takich jak korzeń łopaty, obręcz, środek dysku, mogą wystąpić różne tryby uszkodzeń, takie jak niskocyklowa i wysokocyklowa zmęczenie oraz pełzanie przy wysokich temperaturach. Analiza jej niezawodności jest złożonym problemem analizy obejmującym sprzężenie wielu pól fizycznych i wiele trybów uszkodzeń. W artykule na przykładzie typowego wirnika turbinowego zastosowano kilka nowoczesnych metod modeli zastępczych do analizy i oceny jego niezawodności oraz wrażliwości na niezawodność, a także podsumowano zalety i wady różnych metod modeli zastępczych w analizie niezawodności wirników turbinowych. Rysunek 3 przedstawia proces analizy niezawodności wirnika turbinowego oparty na modelu zastępczym.

Główne wnioski i perspektywy są następujące:

Ten artykuł systematycznie przedstawia trzy popularne metody analizy niezawodności: metodę przybliżonego analizy, metodę symulacji numerycznej i metodę modelu zastępczego, omawiając ich zalety, wady, ograniczenia oraz zakres zastosowań. Wskazuje również na przewagę metody modelu zastępczego w problemach analizy niezawodności obejmujących skomplikowane i wysoko nieliniowe funkcje funkcyjne, a także dostarcza wskazówek o znaczeniu odniesienia do stosowania metody modelu zastępczego w rozwiązywaniu problemów analizy niezawodności układu wirnika silnika samolotowego. Obserwuj oficjalne konto: Pierwsza moc dwumaszynowa, uzyskaj dużą ilość danych dwumaszynowych za darmo i skup się na kluczowych technologiach dwumaszynowych!

Ponadto, biorąc pod uwagę dokładność obliczeń i ich efektywność, ten artykuł skupia się na trzech kluczowych etapach modelowania, które determinują efektywność modelu zastępczego: technologii próbkowania, formie modelu i strategii konstrukcji. Przez głęboką dyskusję różnych nowoczesnych metod niezawodności pojawiających się w każdym etapie modelowania, wskazano, że poprzez organiczne łączenie technologii próbkowania, formy modelu i strategii konstrukcji można skutecznie zmniejszyć koszty modelowania, jednocześnie zapewniając dokładność obliczeń. W przypadku złożonych problemów analizy niezawodności struktur, takich jak układy wirników silników lotniczych, jak dalej poprawić wiarygodność analizy niezawodności układu wirnika silnika lotniczego wokół tych trzech kluczowych etapów modelowania, wymaga dalszych badań.