轮盘应力寿命可靠性分析方法研究及应用

【摘要】：传统的应力寿命法利用“点准则”,即直接采用危险点的最大应力或者应力幅结合确定理论应力集中系数下的应力寿命曲线来估算结构的疲劳寿命。但是带应力集中的缺口棒的应力寿命曲线所反映的是缺口棒危险截面平均应力和寿命之间的关系,这在本质上与“点准则”不符;同时,对于非孔板或者非缺口棒的结构,理论应力集中系数的确定比较困难。所以传统的应力寿命法很难在航空发动机轮盘等复杂结构中应用。 针对上述问题,本文提出了一种计算复杂结构理论应力集中系数的方法,引入了应力修正系数的概念,改进了传统的应力寿命方法。通过应力修正系数对危险点最大应力进行修正,将应力集中和应力梯度效应引入到寿命的估算中,因而扩大了传统的应力寿命法可适用的寿命范围。为了便于进行可靠性分析,进而建立了基于本文改进应力寿命法的应力寿命概率模型。 利用改进的应力寿命法和应变寿命法,对某型航空发动机的风扇盘进行了疲劳寿命及可靠性分析。建立了风扇盘危险点最大应力和应变幅的响应面函数,结合寿命概率模型,利用蒙特卡洛方法获得了轮盘疲劳寿命分布以及给定可靠度下的寿命,并分析了各随机变量对寿命分散性的影响。 将寿命估算的结果与试验结果进行了比较,并对应力寿命法和应变寿命法各自的特点、适用性、精确度和可操作性进行了讨论。