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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