【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机压气机盘疲劳寿命可靠性，尤其涉及一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法。
技术介绍
1、在发动机服役过程中，压气机盘通常在高速旋转和气体冲击的工作状态中，承受着自身质量带来的离心力以及叶片传递来的离心力和气动载荷。对于涡轮盘和高压压气机盘，还承受着高温环境产生的热应力，厚度较薄的盘零件还会产生振动应力。此外，盘-盘或盘-轴装配时二者间会因过盈配合而产生装配应力以及在某些工况下由于形变不协调而产生多样的附加应力。由于上述多种应力的存在以及共同作用，盘类零件也通常在复杂随机的应力环境下工作，这不仅给其疲劳可靠性评估带来极大困难，同时也给飞机执行飞行任务时带来很大的安全隐患。轮盘的疲劳失效通常会制造非包容性的破环而带来灾难性的后果，它的破裂碎片击穿航空发动机机匣后可能会破坏油路管线和操作系统，还可能会击穿座舱和油箱，对飞机以及机组人员和乘客造成严重威胁。因此在轮盘结构和强度设计时保证其高疲劳可靠性对航空发动机、飞机以及人身安全至关重要。
2、由于各种不确定因素导致疲劳寿命存在较大分散性，为了保证机械结构或零部件在服役期间安全稳定运行，疲劳可靠性评估是必不可少的重要环节。传统的结构安全设计只依赖“安全系数”这一指标，而疲劳可靠度设计则同时包含了“安全系数”和可靠度两个指标，评估结果更加可靠。目前，在结构抗疲劳设计中，不同载荷历程下的疲劳可靠性指标有两种：在某一存活率下，预测构件或试样的疲劳寿命，即概率疲劳寿命计算；在某一疲劳寿命下，计算构件或试样的存活率。至今，国内研究人员将疲劳可靠度评估方法归
3、综上所述，现有关于预测盘类构件疲劳寿命的理论模型仍有一定局限性，无法体现构件疲劳寿命分散性的特性。此外，传统方法在建立疲劳寿命分布模型时，往往需要大量的试验数据，带来了巨大的时间和资金成本。而压气机盘是航空发动机的关键部件，因此对压气机盘进行可靠性进行评估具有重要意义。
技术实现思路
1、针对现有的疲劳寿命分布模型的可靠性评估方法需要开展疲劳试验，需要大量的疲劳试验数据，此过程通常耗时耗财，且传统的结构安全设计只依赖“安全系数”这一指标，往往导致可靠性评估结果过于危险或保守。因此，为了节约时间和资金成本以及建立更合理的可靠性评估方法，本专利技术提出一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，能够有效表征随机载荷历程下压气机盘疲劳寿命分散性特征以及进行可靠性评估。
2、为了实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来实现：
3、一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，包括以下步骤：
4、s1、根据对称循环条件下疲劳寿命的条件概率函数，推导出临界损伤分布模型；
5、s2、将随机载荷历程下的寿命均值代入对称循环条件下的s-n曲线，获取随机载荷谱的等效对称应力；
6、s3、将所述等效对称应力代入所述临界损伤分布模型，获取临界损伤分布的具体表达式；
7、s4、基于所述临界损伤分布的具体表达式，通过蒙特卡洛抽样方法，获取样本容量为n的损伤临界值的随机数据样本；
8、s5、将损伤累积理论和所述损伤临界值的随机数据样本结合，计算得到样本容量为n的疲劳寿命的随机数据样本；
9、s6、基于所述疲劳寿命的随机数据样本，建立出随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型。作为本专利技术的一种优选方案，步骤s1具体包括：
10、s11、开展疲劳试验获得标准试样在对称加载条件以及多个应力水平下的疲劳寿命样本；
11、s12、根据所述疲劳寿命样本，选择概率统计模型建立疲劳寿命的条件概率函数，当疲劳寿命满足weibull分布时，得到疲劳寿命分布模型f(n)，表示如下：
12、
13、式中，n为概率密度函数自变量；β>0为形状参数；γ≥0为位置参数；η>0为尺度参数；
14、当γ＝0时，三参数weibull分布退化为两参数weibull分布；
15、其中，形状参数β为材料，位置参数γ和尺度参数η为应力水平的函数，公式如下：
16、γ(s)＝aeb·s；
17、η(s)＝ced·s
18、式中，s为名义应力幅；a、b、c、d均为拟合常数；
19、结合疲劳寿命分布模型f(n)和应力水平的函数，得到疲劳寿命的条件概率函数f(n|s)，公式如下：
20、
21、s13、根据miner损伤累积理论，得到临界损伤表达式，公式如下：
22、
23、式中，dcr为临界损伤；nf为疲劳寿命样本在任一应力水平下的疲劳寿命；为概率寿命中值；
24、推导出临界损伤分布模型f(dcr)，公式如下：
25、
26、其中：
27、
28、式中，dcr为损伤临界值自变量；β1、η1、γ1分别为损伤临界值随机量的形状参数、尺度参数和位置参数。
29、作为本专利技术的一种优选方案，步骤s2具体包括：
30、s21、根据疲劳试验数据直接计算出随机载荷历程下的疲劳试验寿命均值或根据miner损伤累积理论，计算得到理论疲劳寿命均值计算公式如下：
31、
32、式中，m为随机载荷谱中包含的载荷种类总数；ni为第i个应力水平下对应的载荷循环数；ni为第i个应力水平下对应的疲劳寿命；理论疲劳寿命均值满足
33、s22、将疲劳试验寿命均值或理论疲劳寿命均值代入对称循环条件下的s-n曲线，得到等效对称应力seq；
34、随机载荷谱的临界损伤分布与等效对称应力的临界损伤分布相同，如下式所示：
35、
36、式中，dcr为损伤临界值自变量；(s1,s2,s3…sp)为多级载荷谱包含的载荷元素。
37、作为本专利技术的一种优选方案，步骤s3具体包括：
38、s31、将所述等效对称应力seq代入步骤s12的疲劳寿命分布模型f(n)，计算得到所述疲劳寿命分布模型f(n)的形状参数、位置参数和尺度参数的参数数值；
39、s32、将所述参数数值代入步骤s本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，步骤S4中，基于步骤S32中所述临界损伤分布的具体表达式f(dcr|Seq)，借助MATLAB数据分析软件，采用蒙特卡洛抽样方法，获取样本容量为n的损伤临界值的随机数据样本为(Dcr1,Dcr2,Dcr3…Dcr·j…Dcr·n)，其中Dcr·j表示第j个损伤临界值的随机数据样本。
6.根据权利要求5所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，步骤S5中，基于所述损伤临界值的随机数据样本(Dcr1,Dcr2,Dcr3…Dcr·j…D
7.根据权利要求6所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，计算所述疲劳寿命Ng的随机数据样本时，考虑平均应力效应的影响，采用修正的Walker模型进行平均应力修正，如下式所示：
8.根据权利要求7所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，
...【技术特征摘要】
1.一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：
3.根据权利要求2所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括：
4.根据权利要求3所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：
5.根据权利要求4所述的一种随机载荷历程下的疲劳寿命分布模型设计方法，其特征在于，步骤s4中，基于步骤s32中所述临界损伤分布的具体表达式f(dcr|seq)，借助matlab数据分析软件，采用蒙特卡洛抽样方法，获取样本容量为n的损伤临界值的随机数据样本为(dcr1,dcr2,dcr3...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛序铭，徐登，宋迎东，孙志刚，张禄，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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