涡轮叶片疲劳-蠕变寿命稳健性优化方法

陈志英，王 朝，周 平

（北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191）

涡轮叶片疲劳-蠕变寿命稳健性优化方法

陈志英，王 朝，周 平

（北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191）

为了清晰地反映涡轮叶片的疲劳-蠕变交互作用，提高寿命预测结果的准确性及可靠性，并改善涡轮叶片疲劳寿命对随机变量的敏感程度，分别采用Manson-Coffin公式和Larson-Miller方程计算了涡轮叶片的低循环疲劳寿命和蠕变持久寿命，利用修正的时间-寿命分数法计算了涡轮叶片疲劳-蠕变损伤，在此基础上，将响应面法（RSM）与果蝇优化算法（FFOA）相结合，考虑载荷、材料参数、疲劳-蠕变交互程度的不确定性，对涡轮叶片疲劳寿命进行了稳健性优化设计。优化结果表明：涡轮叶片疲劳-蠕变小时寿命的概率区间减小了8.48%，验证了该优化方法的工程可行性。

涡轮叶片；疲劳-蠕变；寿命预测；稳健性优化设计；时间-寿命分数法；航空发动机

0 引言

涡轮转子结构的疲劳-蠕变失效是导致发动机非计划换发的重要因素之一，从发动机的使用可靠性和经济性的角度来讲，对涡轮部件进行寿命评估是十分必要的。随着航空发动机性能的提高、诸多新型材料的出现，带来的是更多的不确定因素，传统的疲劳寿命确定性分析方法已经无法满足设计需要，因此，以概率分析为基础的稳健性优化设计方法便应运而生[1-2]。

有关疲劳理论、寿命预测、结构不确定性分析的研究工作，主要集中在以下几个方面：材料本构关系、多轴疲劳、连续损伤力学、断裂力学等方面的研究理论相继提出，为疲劳寿命预测提供了广泛的基础和方向[3-5]；……