專利名稱：增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法
技術領域：
本發(fā)明屬于增壓器渦輪葉片振動分析與結(jié)構(gòu)可靠性評價方法，具體涉及一種增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法。
背景技術：
渦輪增壓器是發(fā)動機功率強化和改善其性能的關鍵部件，渦輪作為增壓器的核心零部件之一，其可靠性在很大程度上決定著渦輪增壓器的可靠性與使用壽命。葉片振動失效是增壓器渦輪的一種重要失效模式。增壓器運行過程中渦輪葉片承受著周期性變化力的作用(即使葉片產(chǎn)生強迫振動的激振力)，當激振力的頻率與葉片固有頻率相等或成整數(shù)倍時，葉片便會發(fā)生共振。葉片共振時應力將急劇增大，最終導致葉片因疲勞而發(fā)生斷裂。渦輪某個葉片如果發(fā)生折斷，就會把相鄰葉片甚至所有葉片在短時間內(nèi)打壞，造成整臺增壓器故障，使發(fā)動機無法正常工作。為防止增壓器渦輪葉片發(fā)生共振，應盡可能地提高葉片的固有頻率，但是在追求較高葉片固有頻率的同時，卻會造成渦輪氣動性能的下降。因此，在設計階段，針對渦輪葉片振動失效模式，需要采用合理的可靠性評價方法與可靠性指標確定模型，對渦輪的葉片振動可靠性進行準確的分析與評價。進而，根據(jù)可靠性要求，科學地進行渦輪的結(jié)構(gòu)設計，既保證渦輪具有較高的葉片振動可靠性，又不過分地犧牲渦輪的氣動性能。對于車用渦輪增壓器，由于發(fā)動機工作剖面的復雜性與多變性，渦輪轉(zhuǎn)速的變化范圍較大，且在實際工作中受各種因素的影響表現(xiàn)出一定的隨機性。同時，增壓器渦輪在制造過程中，由于受材料性能分散性、工藝過程不穩(wěn)定性等因素影響，實際渦輪的葉片固有頻率均具有一定的分散性。現(xiàn)有針對渦輪葉片振動失效模式的可靠性評價方法，通常將渦輪葉片一階固有頻率平均值大于若干倍渦輪額定轉(zhuǎn)速頻率(例如，渦輪葉片一階固有頻率平均值大于5倍渦輪額定轉(zhuǎn)速頻率)作為其可靠性評價準則，不能夠全面客觀地反映“渦輪具有的葉片數(shù)、葉片固有頻率分散性、渦輪工作轉(zhuǎn)速隨機性、葉片諧振階數(shù)、壽命指標”等參數(shù)對渦輪葉片振動可靠性的影響，無法確定出渦輪對應葉片振動失效模式的可靠度、失效率等可靠性指標隨壽命的變化規(guī)律以及指定可靠性指標要求所對應的渦輪壽命，難以有效地指導渦輪的結(jié)構(gòu)設計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服上述不足，提供一種增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法。該方法針對渦輪葉片振動失效模式，能夠全面體現(xiàn)“渦輪葉片數(shù)、葉片固有頻率分散性、渦輪轉(zhuǎn)速隨機性、葉片諧振階數(shù)、壽命指標”等參數(shù)對渦輪可靠性的影響，根據(jù)渦輪設計參數(shù)和使用剖面(或試驗剖面)確定出渦輪可靠度、失效率等可靠性指標隨壽命的變化規(guī)律；并能夠確定出滿足給定可靠性要求的渦輪壽命指標。本發(fā)明技術方案:
1、一種增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法，它包括以下步驟:a、確定渦輪葉片振動一階固有頻率C1的概率分布特征參數(shù)，根據(jù)渦輪的設計參數(shù)，運用有限元仿真方法或試驗測試方法，確定渦輪葉片振動一階固有頻率C1的概率密度函數(shù)I1(C1)和累積分布函數(shù)Fca (C1),b、確定渦輪葉片發(fā)生共振所對應的最小諧振階數(shù)kmin，利用渦輪葉片振動頻率-渦輪轉(zhuǎn)速共振線圖，結(jié)合增壓器在實際使用過程中可能出現(xiàn)的渦輪最高轉(zhuǎn)速，確定渦輪葉片發(fā)生共振所對應的最小諧振階數(shù)kmin，C、確定渦輪工作轉(zhuǎn)速ητ的概率分布特征參數(shù)，結(jié)合發(fā)動機使用剖面或試驗剖面，通過對增壓器在指定壽命單位，壽命單位是一次試驗循環(huán)、指定的車輛行駛里程、指定的發(fā)動機運行時間內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)速進行統(tǒng)計分析，確定渦輪轉(zhuǎn)速ητ的概率密度函數(shù)fnT inT )和累積分布函數(shù)FnT(nT)，d、確定渦輪對應葉片振動失效模式的可靠度，將渦輪的葉片振動一階固有頻率C1概率分布、渦輪工作轉(zhuǎn)速ητ概率分布、渦輪葉片數(shù)N、葉片最小諧振階數(shù)kmin等參數(shù)代入式
(1)，確定渦輪葉片振動的可靠度，
權利要求
1.一種增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法，其特征是它包括以下步驟: a、確定渦輪葉片振動一階固有頻率C1的概率分布特征參數(shù)，根據(jù)渦輪的設計參數(shù)，運用有限元仿真方法或試驗測試方法，確定渦輪葉片振動一階固有頻率C1的概率密度函數(shù)fcl (C1)和累積分布函數(shù)Fcl (Cl)， b、確定渦輪葉片發(fā)生共振所對應的最小諧振階數(shù)kmin，利用渦輪葉片振動頻率-渦輪轉(zhuǎn)速共振線圖，結(jié)合增壓器在實際使用過程中可能出現(xiàn)的渦輪最高轉(zhuǎn)速，確定渦輪葉片發(fā)生共振所對應的最小諧振階數(shù)kmin， C、確定渦輪工作轉(zhuǎn)速ητ的概率分布特征參數(shù)，結(jié)合發(fā)動機使用剖面或試驗剖面，通過對增壓器在指定壽命單位，壽命單位是一次試驗循環(huán)、指定的車輛行駛里程、指定的發(fā)動機運行時間內(nèi)的渦輪轉(zhuǎn)速進行統(tǒng)計分析，確定渦輪轉(zhuǎn)速ητ的概率密度函數(shù)/% (ητ )和累積分布函數(shù)， d、確定渦輪對應葉片振動失效模式的可靠度，將渦輪的葉片振動一階固有頻率C1概率分布、渦輪工作轉(zhuǎn)速ητ概率分布、渦輪葉片數(shù)N、葉片最小諧振階數(shù)kmin等參數(shù)代入式(I)，確定渦輪葉片振動的可靠度，
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增壓器渦輪葉片振動可靠性指標評價方法，通過有限元仿真或試驗測試確定增壓器渦輪葉片振動一階固有頻率的概率分布參數(shù)，利用渦輪葉片振動頻率-渦輪轉(zhuǎn)速共振線圖確定渦輪葉片發(fā)生共振所對應的最小諧振階數(shù)，結(jié)合發(fā)動機使用剖面或試驗剖面確定渦輪工作轉(zhuǎn)速的概率分布參數(shù)，根據(jù)渦輪葉片數(shù)、葉片振動一階固有頻率、渦輪工作轉(zhuǎn)速、葉片諧振階數(shù)等參數(shù)確定渦輪葉片振動可靠度和失效率隨壽命指標的變化規(guī)律。本發(fā)明可以合理確定滿足給定可靠性要求的渦輪葉片振動可靠壽命，可以更好地指導渦輪的結(jié)構(gòu)設計，既避免渦輪因可靠性不足而導致葉片發(fā)生振動失效，又防止因盲目增大渦輪葉片結(jié)構(gòu)尺寸而使其氣動性能降低。
文檔編號G01M7/02GK103162924SQ20111040293
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權日2011年12月8日
發(fā)明者王正, 王阿娜, 王增全, 郭凱, 門日秀 申請人:中國兵器工業(yè)集團第七0研究所