发动机结构可靠性设计理论及应用
作者：王荣桥，胡殿印 著
出版时间：2017年版
内容简介
《发动机结构可靠性设计理论及应用》系统阐述了航空发动机结构可靠性设计的基础理论、分析方法和工程应用实例。《发动机结构可靠性设计理论及应用》共10章：第1、2章为基础理论与方法介绍，包括航空发动机结构设计发展历程、结构可靠性设计基础理论与方法；第3～7章为发动机结构可靠性主要研究内容，包括发动机结构可靠性设计的随机因素、涡轮盘低循环疲劳寿命可靠性分析、涡轮盘疲劳-蠕变可靠性分析、涡轮盘概率损伤容限分析以及基于可靠性的涡轮叶/盘多学科优化设计；第8章为发动机典型结构可靠性试验；第9章为发动机典型结构概率设计系统；第10章为发动机结构可靠性分析的不确定性量化方法。
目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 可靠性发展概况 1
1.2 航空发动机结构设计发展历程 3
1.2.1 静强度设计 3
1.2.2 安全寿命设计 4
1.2.3 损伤容限设计 5
1.2.4 结构可靠性设计 5
1.3 航空发动机结构可靠性设计的关键科学问题 8
参考文献 10
第2章 结构可靠性设计基础理论与方法 12
2.1 基本概念 12
2.1.1 极限状态与可靠度 12
2.1.2 应力-强度干涉模型 14
2.1.3 可靠性指标 15
2.2 一次二阶矩方法 16
2.2.1 均值一次二阶矩方法 17
2.2.2 改进一次二阶矩方法 18
2.3 代理模型法 20
2.3.1 响应面法 20
2.3.2 Kriging模型法 22
2.3.3 支持向量机法 25
2.4 抽样方法 27
2.4.1 蒙特卡罗抽样 27
2.4.2 重要度抽样 27
2.4.3 拉丁超立方抽样 28
2.4.4 CVT抽样 28
2.4.5 LCVT抽样 29
2.5 可靠度求解实例 30
2.6 小结 32
参考文献 32
第3章 发动机结构可靠性设计的随机因素 33
3.1 发动机载荷谱分析与统计 33
3.1.1 飞行任务剖面典型化与任务混频 34
3.1.2 载荷谱的循环矩阵法与相关矩阵法 36
3.1.3 载荷谱的统计分析 45
3.2 发动机结构几何尺寸的概率表征 52
3.2.1 涡轮盘参数化建模 52
3.2.2 盘体参数灵敏度分析 58
3.2.3 榫接关键参数灵敏度分析 62
3.2.4 尺寸统计及假设检验 63
3.3 发动机结构不同部位材料的随机分布模型 64
3.3.1 高温单轴拉伸性能的分散性 64
3.3.2 应力-应变关系的随机分布模型 67
3.4 小结 70
参考文献 70
第4章 涡轮盘低循环疲劳寿命可靠性分析 72
4.1 涡轮盘非局部寿命分析方法 72
4.1.1 临界距离法 72
4.1.2 Weakest-Link方法 74
4.2 基于分区的涡轮盘低循环疲劳寿命可靠性分析方法 78
4.2.1 线性异方差回归分析 79
4.2.2 低循环疲劳寿命概率模型 80
4.2.3 低循环疲劳寿命可靠性计算 84
4.3 工程实例 86
4.3.1 随机因素 86
4.3.2 低循环疲劳寿命可靠性分析 86
4.3.3 组合风险分析 88
4.3.4 随机变量的灵敏度分析 89
4.4 小结 91
参考文献 92
第5章 涡轮盘疲劳-蠕变可靠性分析 94
5.1 疲劳-蠕变寿命预测方法 94
5.1.1 疲劳-蠕变交互作用机理 94
5.1.2 疲劳-蠕变寿命预测 100
5.2 疲劳-蠕变裂纹形成阶段的可靠性分析 104
5.2.1 疲劳-蠕变寿命概率模型 104
5.2.2 涡轮盘疲劳-蠕变寿命可靠性分析 105
5.3 疲劳-蠕变裂纹扩展阶段的可靠性分析 109
5.3.1 疲劳-蠕变裂纹扩展概率模型 109
5.3.2 涡轮盘疲劳-蠕变裂纹扩展寿命可靠性分析 117
5.4 小结 124
参考文献 124
第6章 涡轮盘概率损伤容限分析 127
6.1 裂纹扩展模型 127
6.1.1 裂纹扩展确定性模型 127
6.1.2 裂纹扩展概率模型 129
6.1.3 镍基高温合金GH4169 裂纹扩展概率模型 131
6.2 缺陷等效理论及检出概率模型 133
6.2.1 缺陷等效理论 133
6.2.2 缺陷位置对应力强度因子的影响 134
6.2.3 缺陷检出概率模型 135
6.3 含缺陷粉末高温合金涡轮盘的概率损伤容限分析 140
6.3.1 粉末高温合金涡轮盘的缺陷分布形式 140
6.3.2 缺陷临界尺寸 142
6.3.3 粉末高温合金涡轮盘概率寿命分析 147
6.4 涡轮盘适航符合性验证方法 150
6.4.1 CCAR-33.70条款介绍 150
6.4.2 适航符合性验证方法 150
6.4.3 符合性验证对象及要求 152
6.4.4 条款的符合性验证方法分析 155
6.4.5 涡轮盘概率损伤容限评估的符合性验证 158
6.5 小结 160
参考文献 160
第7章 基于可靠性的涡轮叶/盘多学科优化设计 162
7.1 涡轮盘可靠性优化设计 162
7.1.1 可靠性优化算法 162
7.1.2 涡轮盘可靠性优化方法 164
7.1.3 基于MPP降维方法的涡轮盘可靠性分析 168
7.1.4 涡轮盘可靠性优化设计实例 171
7.2 涡轮叶/盘多学科优化设计 182
7.2.1 多学科设计优化算法 183
7.2.2 涡轮叶/盘结构可靠性分析 186
7.2.3 涡轮叶/盘的可靠性多学科优化 189
7.3 小结 200
参考文献 200
第8章 发动机典型结构可靠性试验 202
8.1 发动机可靠性试验概述 202
8.2 涡轮榫接结构高低周复合疲劳试验 203
8.2.1 试验方法 203
8.2.2 试验结果 207
8.2.3 寿命预测 209
8.3 涡轮结构疲劳-蠕变试验 212
8.3.1 试验方法 213
8.3.2 试验结果 213
8.3.3 寿命预测 215
8.4 涡轮叶片热机械疲劳试验 219
8.4.1 试验方法 219
8.4.2 试验结果 221
8.4.3 寿命预测 225
8.5 小结 229
参考文献 229
第9章 发动机典型结构概率设计系统 231
9.1 发动机典型结构概率设计流程 231
9.1.1 确定性设计流程 231
9.1.2 概率设计准则 234
9.1.3 概率设计流程 234
9.1.4 涡轮盘低循环疲劳概率设计流程 236
9.1.5 涡轮盘疲劳-蠕变概率设计流程 238
9.2 发动机典型结构概率设计系统介绍 242
9.2.1 系统架构 242
9.2.2 系统设计 243
9.2.3 主要模块 250
9.3 小结 260
参考文献 260
第10章 发动机结构可靠性分析的不确定性量化方法 262
10.1 不确定性量化理论 262
10.1.1 不确定性来源 262
10.1.2 不确定性传播和量化 263
10.2 结构可靠性分析不确定性量化的概率方法 266
10.2.1 模型不确定性量化 266
10.2.2 有限元分析中的离散化误差 270
10.2.3 代理模型不确定性量化方法 271
10.3 工程实例 274
10.3.1 考虑不确定性量化的可靠性分析框架 274
10.3.2 疲劳寿命模型不确定性量化 275
10.3.3 代理模型不确定性量化 277
10.3.4 疲劳寿命可靠性分析 278
10.4 小结 280
参考文献 280
