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1、摘 要摘 要本次设计中，主要考虑了单边依赖热应力的强度，并且用一个拥有随应力幅度变化而变化的条件概率均值函数的离散随机变量来表示热应力依赖强度，然后用拉格朗日因子多项式法来建立了一个热应力依赖强度的应力-强度干涉模型。在该模型中，强度概率均值函数集服从威布尔多项式分布，而应力概率均值函数集则是正态多项式分布。论文中选择马氏体不锈钢作为燃烧室机匣的材料，并利用应力-强度干涉模型对航空发动机燃烧室机匣进行可靠性分析。通过可靠性计算可知，不锈钢材料2Cr13、3Cr13和4Cr13的可靠度分别高达0.9899、0.9917及0.9936，从而验证了所建立的SSI模型的正确性和有效性。关键字：热应力依
2、赖强度；应力-强度干涉模型；拉格朗日因子多项式；燃烧室机匣；结构可靠性IABSTRACTABSTRACTIn this paper, we mainly consider the unilateral dependency of strength on thermal stress. And the thermal stress-dependent strength is represented by a discrete random variable that has different conditional probability mean function under differe
3、nt stress amplitudes. Then the Lagrange factor polynomial technique is developed to generate the stress-strength interference model with thermal stress-dependent strength. In this model, the strength probability mean function is subordinated toWeibull distribution, while the stress probability mean
4、function obeys normal distribution. In this paper, stain less steel is chosen as the material of aero-engine combustor chamber. In order to demonstrate the effectiveness of this model, we will evaluate the structural reliability of the combustor chamber based on the discrete stress-strength interfer
5、ence model. By the calculation of the structural reliability, we know that the structural reliability of the stain less steel 2Cr13,3Cr13 and 4Cr13 is as high as 0.9989, 0.9917 and 0.9936 respectively. Then the correctness and effectiveness of the SSI model is demonstrated.Keywords: Thermal stress-d
6、ependent strength; stress-strength interference; lagrange factor polynomial; aero-engine combustor chamber; structural reliability.III目 录目 录第1章 引言11.1 航空发动机可靠性的提出、研究方法及其意义11.1.1 航空发动机可靠性的提出11.1.2 航空发动机可靠性的研究方法及其发展趋势11.1.3 航空发动机可靠性研究的意义21.2 应力-强度干涉模型及其发展31.3 基于应力-强度干涉模型的可靠性的研究方法及发展趋势41.3.1 基于传统的SSI模型
7、的可靠性的研究41.3.2 动态应力-强度干涉模型51.3.3 各类特定条件下的SSI模型51.3.4 随机、模糊应力-强度干涉模型51.4 本设计的主要目的和内容6第2章 LFP技术及SSI模型的构建72.1 离散随机变量的LFP72.2 m个离散随机变量的可靠度函数的LFP72.3 独立离散热应力的LFP92.4 单边依赖离散热强度的LFP102.5 热应力依赖强度的应力强度干涉模型（SSI）11第3章 航空发动机燃烧室机匣的组成及选材分析123.1 航空发动机的基本组成123.2 燃烧室的分类及基本构成133.2.1 燃烧室的分类133.2.2 燃烧室的基本构成143.3 燃烧室机匣的选
8、材分析153.3.1 燃烧室机匣受力分析153.3.2 选材与材料工艺性分析183.3.2.1 选材要求183.3.2.2 选材分析19第4章 燃烧室匣的有限元热处理及可靠性分析274.1 热分析概论274.1.1 热分析的特点274.1.2 热分析的基本过程284.2 燃烧室机匣热强度计算294.2.1 有限元模型294.2.2 有限元热处理294.3 可靠性计算及分析334.3.1 强度概率分析344.3.2 可靠性计算及分析36结束语40参考文献42致谢44英文资料原文45英文资料译文48符号表符号意义：LFP 拉格朗日因子多项式pmf 概率均值函数tsds 热应力依赖强度SSI 应力强
9、度干涉 N条件下系统S的可靠性 离散随机变量 X组成的向量, 与向量对应的概率向量 随机变量X的多项式函数 有个离散值的随机变量的拉格朗日因子函数f(X1, X2, , Xn)独立变量X1, X2, , Xn 的可靠度函数 随机变量的多项式函数Y 依赖随机变量X的离散随机变量 所有Y可能取值的向量,由组成的向量, 其中X的数值为xi 对应于 和 的条件概率函数 所有Y可能值的向量 所有单元的概率向量 Y条件概率均值函数的LFPg(X, Y) X与Y 的函数，Y 依赖X 函数g(X, Y) 的LFPS 结构应力的离散随机变量 所有S可能值的向量, 所有单元的概率向量C 结构热应力依赖强度的简写
10、在有效的条件下所有C可能取值的集合, 所有单元的概率向量, 所有tsds可能取值的并集 所有的条件概率函数集 C的条件概率均值函数的LFP S与C的可靠度函数 函数 的LFP 均值 标准差 尺度参数 形状参数 位置参数V第1章 引言第1章 引言1.1 航空发动机可靠性的提出、研究方法及其意义1.1.1 航空发动机可靠性的提出可靠性是衡量产品质量的一项重要指标。机械可靠性分析的一个重要任务就是保证所设计的机械零件能够在规定的工作时间内、在给定的载荷条件下安全地工作，目前可靠性分析方法已经渗透到机械设计的各个领域。航空发动机是一种不同于一般机械产品的复杂系统。综观航空工业发展的历史，可以毫不夸张地
11、说，发动机在飞机的发展过程中起着关键性作用。发动机是飞机的“心脏”，是推动飞机快速发展的原动力，没有好的发动机，就不可能有先进的飞机。人类在航空领域中的每一次重大的革命性进展，无不与航空动力技术的突破和进步密切相关；另一方面，飞机的需求和发展又促使发动机向更高的水平迈进，两者相得益彰，促进了整个航空事业的蓬勃发展。正因为如此，发达国家长期以来把优先发展航空动力作为国策，形成了高附加值的高技术产业，航空动力技术已取得了巨大的进步。然而，发动机工作时，在高温高压的环境中以非常高的转速运转，所受的载荷复杂多变，而且由于现代大推重比航空发动机的高综合设计性能的要求，使得其结构日趋单薄，这使得航空发动机
12、可靠性的研究显得尤为重要。1.1.2 航空发动机可靠性的研究方法及其发展趋势各类可靠性的分析方法大致可分为定量分析法和定性分析法两种。这里主要介绍一下定量分析法，定量分析法也称概率分析法和近似概率分析法，纯概率分析法主要有精确解析法和蒙特卡罗模拟法。采用概率的分析方法可以考虑各种随机因素在均值附近变化的影响和它们之间的相关性，所以在传统的可靠性分析方法中，常用概率论来处理其不确定性。但概率可靠性模型需要较多的数据，用以定义参数的概率分布，通常计算量较大而且繁琐。并且，近几年的相关研究表明：概率可靠性模型对模型数据较为敏感。概率数据的小误差可能会导致可靠性分析出现较大的误差。这说明在没有足够的数
13、据信息来描述概率模型时，概率可靠性分析需要更多更准确的计算模型来支持。近年来国内外的研究者都在努力寻求改进传统的概率可靠性分析方法的途径，相继将有限元法、神经网络、遗传算法和非概率可靠性模型等引入到结构可靠性分析领域中来1。概率模型中出现的新方法中有蒙特卡罗法和随机有限元法2。由概率定义知道，某事件的概率可以用大量试验中该事件发生的频率来估算。因此，可以先对影响系统可靠度的随机变量进行大量随机抽样，然后把这些抽样值一组一组地代入功能函数式，确定结构失效与否，最后得出结构的失效概率。这就是蒙特卡罗法求解结构失效概率的依据。因为在目前的结构可靠性分析方法中，蒙特卡罗是一种较为精确的方法，所以常被用于检验其它可靠性分析方法的正确性。随机有限元法是近年来发展起来的一种工程数值计算方法。由于它建立在有限元法的基础上，并采用随机参数来描述工程实际问题，因而具有更广阔的发展前景和重要的应用价值。由于结构强度的可靠度理论与随机有限元法密不可分，基于概率的可靠度理论的主要优点是可以全面地考虑影响结构强度的诸因素的客观变异性，而基于概率的随机有限元法也恰恰能够完成结构强度可靠度中应力的统计特性的计算。因此随机有限元法是对随机结构进行分析并估算结构强度的强有力的工具。随着随机有限元法在可靠度理论中应用的不断深入以及可靠性设计理论的发展派生了通过随机有限元法将可靠性设计与随机
