航空发动机燃烧室机匣可靠性分析 - 图文(3)

为了获得等寿命下的疲劳强度分布，在各国研究人员的大量研究工作后，提出了一种数学方法—模糊概率积分法，这种方法根据结构中关键位置的应力分布和材料的P-S-N曲线，直接计算不同的寿命下结构的可靠度，避免了应力强度干涉模型中对等寿命强度的求解。同时考虑到该方法计算过程中有可能出现重积分求解困难的情况，还给出了采用数值抽样技术近似计算累积小概率的方法，其方法与应力强度干涉法计算的结果一致。 1.1.3 航空发动机可靠性研究的意义

结构系统在工作时，其性能受到来自多方面不确定性因素的影响，如结构材料参数、几何参数或载荷等因素。为确保结构在规定的使用条件和环境下，在给定的使用寿命期间有效地承受载荷及耐受环境因素而正常工作，对其进行可靠性

2

[2]

[1]

第1章 引言

分析就显得尤为重要，这是飞机在规定的时间和环境下，能够平稳、正常飞行的基本保障。

特别是在军用航空发动机领域，完善的可靠性分析是保证战斗机大推重比、不加力超音速航行及短距起降的唯一选择。在此领域已经发展形成了可靠性工程，它是从系统的整体性及其同外界环境的辩证关系出发，研究故障的发生、预防、预测、诊断与修复的规律，并遵循这些规律，在装备研制各阶段开展一系列与故障相关的技术与管理活动，以降低装备的研制风险，提高综合效能，减少维修保障费用。近20年来，中国军工产品可靠性工程实践证明，可靠性工程是型号研制一次成功的根本保证，是武器装备战斗力的“倍增器”，是减少武器装备寿命周期费用的有力措施。可靠性工程技术作为一种先进的使能技术，涉及武器装备全系统、全寿命和全特性，对国防科技工业基础能力具有全局性、基础性的影响；它着眼于装备的作战效能与寿命周期费用，是国防科技工业基础能力先进性、战略性的重要标志。

[3]

1.2 应力-强度干涉模型及其发展

应力-强度干涉模型即SSI模型，曾经广泛应用于结构的可靠性分析中，是结构可靠性分析的基本工具。该模型通常将结构应力和强度视为相互独立的随机变量，进而将结构可靠度定义为强度大于应力的概率。结构可靠性只是存在于强度满足应力的前提下的概率，其中应力代表所有可能导致结构失效的外界作用力，而强度代表抵制结构失效的能力。

目前，机械产品可靠性设计已经基本实现由传统的安全系数设计法向基于概率统计理论、计算机仿真的可靠性设计方法转变，而基于应力-强度分布干涉理论的可靠性设计方法是一种常见，也是非常有效的方法。基于安全系数法进行的传统机械零件可靠性设计常常偏于保守，从而导致装备在质量和外形尺寸上偏大，机动性能差。而采用基于应力-强度分布干涉理论的可靠性设计可以清楚地揭示基于概率统计模型的机械强度可靠性设计的本质。

传统的SSI模型可靠性统计推断均认为产品的强度是一个静态随机变量，其分布与时间无关，应力也是一个静态随机变量，而实际上，由于疲劳、侵蚀、老化等因素的作用，很多产品的强度会随着时间的增长而在应力的作用下逐渐退化

[5]

[4]

。产品强度的退化通常是一个连续状态随机过程，它是有产品的自身特性以及应

力作用导致的。在实际工作环境中，产品往往不仅受到稳定的工作应力作用，还可能受到环境中随机冲击型应力作用，即它受到的是复合应力，因此考虑复合应

3

电子科技大学学士学位论文

力作用下强度退化的SSI模型更符合工程实际。

在更进一步对应力-强度干涉模型的研究中，应力-强度干涉模型被作为计算以应用概率方法对应力和强度研究为基础的结构可靠性的主题。在这一点上，许多研究员作出了贡献。大致来说，这些贡献可以被分为两部分。一种是时间独立模型而另一种是时间依赖模型。从数学角度上来看，两者的不同点是：前者把应力强度作为离散随机变量来研究而后者是把应力和强度作为一个随机过程来看待。

1.3 基于应力-强度干涉模型的可靠性的研究方法及发展趋势

根据应力-强度干涉模型具体应用环境的不同及其发展过程，SSI模型的研究方法及发展趋势可以从以下四个方面加以说明： 1.3.1 基于传统的SSI模型的可靠性的研究

传统的应力-强度干涉模型通常将结构应力和强度视为相互独立的随机变量，进而将结构可靠度定义为强度大于应力的概率。干涉理论主要基于以下三点：一，构件的强度和载荷具有分布规律；二，强度值与应力值具有离散性，一定的条件下可能形成干涉区；三，根据构件载荷与材料抗力的渐变原理，干涉区域会逐渐变大。采用基于应力-强度分布干涉理论的可靠性设计可以清楚地揭示基于概率统计模型的机械强度可靠性设计的本质，能够真实反映结构的可靠性和安全性。

基于传统的SSI模型，可以根据具体情况的不同，采用不同的数据处理方法和计算过程。贾星兰、刘文婷以应力-强度干涉模型为基础，探讨了当构件的应力和强度按不同分布时，构件可靠度和平均安全系数的计算方法以及二者之间的关系；侯春宇、韩放、王新刚等以传统的应力-强度干涉模型为基础，考虑转子随机结构尺寸、温度应力、转速和材料强度等参数的随机性，利用积分随机有限元方法对转子进行了可靠性分析；张丽新、李燕飞、张萍在考虑随机参数服从正态分布情况下的影响, 构建了连续梁在强度失效模式下的可靠性模型, 应用二阶矩法通过数值分析计算结构的可靠指标,得出了结构的可靠度；王新刚、张义民、王宝艳以传统的应力-强度干涉模型为基础, 考虑了涡轮转子随机结构尺寸、温度应力、转速、外载荷和材料强度等参数的随机性, 利用积分随机有限元和Gram Charlier 级数方法对转子局部应力最大处进行可靠性分析

[10][9]

[8]

[7]

[6]

；王刚、袁茹、郭伟

超等针对某机载设备挂架结构，利用有限元进行应力分析, 以分析结果为样本, 分别建立了结构工作应力与外载荷及结构尺寸的非线性映射关系，在此基础上形成了应力-强度干涉模型，然后对结构进行了可靠性分析, 得出了载荷波动对可靠性

4