Недавние Достижения в Анализе Надежности Систем Роторов Авиадвигателей

В качестве ключевого вращающегося компонента авиадвигателя, роторная система работает в жестких условиях высокой температуры, высокого давления и высокой скорости на протяжении длительного времени, при этом она должна соответствовать ряду строгих и противоречивых показателей, таких как долгий срок службы, небольшой вес и высокая надежность. Под влиянием множества случайных факторов, таких как многополевые нагрузки, свойства материалов и параметры модели, напряженно-деформированное состояние и усталостный ресурс роторной системы часто проявляют большую вариабельность. Точная оценка отказов и анализ надежности стали ключевыми технологиями в разработке современных авиадвигателей. В данной статье сначала обсуждаются актуальные методы анализа надежности и их подходы к моделированию, а также представлены несколько передовых методов замещающей модели; далее, используя типичную турбинную роторную систему в качестве примера, анализируются преимущества, недостатки и ограничения нескольких часто используемых методов анализа надежности. Результаты анализа показывают, что метод замещающей модели имеет большой потенциал для высокоточной предсказательной производительности без необходимости проведения масштабных симуляционных расчетов. Отмечается, что технологии выборки, форма модели и стратегия построения являются ключевыми звеньями, влияющими на точность и эффективность замещающей модели, тем самым указывая направление будущего развития для применения метода замещающей модели в анализе надежности роторных систем.

Приближенный аналитический метод/цифровой метод моделирования:  Этот обзор систематически представляет приближенные аналитические методы, такие как основной метод надежности и вторичный метод надежности, а также цифровые методы моделирования, представленные методом Монте-Карло. Для анализа надежности роторных систем авиадвигателей приближенный аналитический метод имеет недостаток в виде трудностей точного приближения хвостовых характеристик функции плотности вероятности, а цифровой метод моделирования подвержен низкой вычислительной эффективности из-за необходимости вызывать большое количество реальных нелинейных предельных функций состояния. Рисунок 1 показывает подробный процесс анализа надежности двух методов.

Метод замещающей модели: Построение точных и эффективных математических моделей для замены высокоуровневых, нелинейных неявных функций предельного состояния является важным способом решения задач анализа надежности сложных конструкций, таких как системы роторов авиадвигателей. Сначала рассматриваются традиционные суррогатные модели, такие как полиномиальные функции, модели Кригинга, машины опорных векторов и нейронные сети BP, а также описываются их процесс моделирования и принципы анализа; затем, с точки зрения технологий выборки, формы модели и стратегии построения, вводятся более передовые суррогатные модели, такие как активное обучение, нечеткие нейронные сети, вейвлетная регрессия, оптимизированные модели Кригинга, стратегия выбора экстремальных значений и распределенная коллаборационная стратегия, указывая на потенциальное направление исследований метода суррогатной модели. Подписывайтесь на официальный аккаунт: Два двигателя в приоритете, получайте большое количество информации о двух двигателях бесплатно и сосредоточьтесь на ключевых технологиях двух двигателей!

Анализ надежности системы турбинного ротора: При взаимодействии нескольких физических полей, таких как жидкость-твёрдое тело-тепло, в корне лопасти, ободе, центре диска и других частях турбинного ротора могут возникать различные режимы отказа, такие как низкочастотная усталость, высокочастотная усталость и высокотемпературное ползучество. Его анализ надежности является сложной аналитической задачей, связанной с многофизическим взаимодействием и множественными режимами отказа. В данной статье на примере типичной системы турбинного ротора используются несколько передовых методов замещающей модели для анализа и оценки его надежности и чувствительности надежности, а также подводятся итоги по преимуществам и недостаткам различных методов замещающей модели в анализе надежности систем турбинного ротора. Рисунок 3 показывает процесс анализа надежности системы турбинного ротора на основе замещающей модели.

Основные выводы и перспективы следующие:

В данной статье систематически рассматриваются три распространенных метода анализа надежности: приближенный аналитический метод, численный метод моделирования и метод замещающей модели. Обсуждаются преимущества, недостатки, ограничения и область применения каждого метода. Отмечается превосходство метода замещающей модели в задачах анализа надежности, связанных с комплексными и сильно нелинейными имплицитными функциональными функциями. Представлены рекомендации по использованию метода замещающей модели для решения задач анализа надежности системы ротора авиадвигателя. Подписывайтесь на официальный аккаунт: Двигательная мощность в приоритете, получайте большой объем данных о двигателях бесплатно и следите за ключевыми технологиями в области двигателестроения!

Кроме того, исходя из точности расчета и эффективности вычислений, в данной статье сведены три ключевых этапа моделирования, которые определяют эффективность замещающей модели: технология выборки, форма модели и стратегия построения. С помощью глубокого анализа различных передовых методов надежности, возникающих на каждом этапе моделирования, отмечено, что путем органического сочетания технологии выборки, формы модели и стратегии построения можно эффективно снизить стоимость моделирования, сохраняя при этом точность вычислений. Для сложных задач анализа надежности структур, таких как системы роторов авиадвигателей, вопрос о том, как еще больше повысить достоверность анализа надежности систем роторов авиадвигателей вокруг этих трех ключевых этапов моделирования, заслуживает дальнейшего изучения.