第1章緒論

當(dāng)初始缺陷位于結(jié)構(gòu)對(duì)缺陷敏感部位時(shí)，常常引起缺陷處產(chǎn)生過(guò)大應(yīng)為集中的現(xiàn)象，并在短時(shí)間肉快速增長(zhǎng)到對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p傷作用的臨界缺陷大小，導(dǎo)致機(jī)械零部件提前發(fā)生疲勞破壞，失去工作能力。初始缺陷對(duì)工件具有較大的潛在危害性，嚴(yán)重時(shí)可顛覆整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計(jì)，給工程實(shí)際帶來(lái)不可估量的后果，并且對(duì)于一些復(fù)雜工況下服役的工件，運(yùn)行中受力環(huán)境極其復(fù)雜，承受機(jī)械載荷、氣動(dòng)載荷、溫度載荷、動(dòng)載荷、循環(huán)交變載荷等多種載荷作用，工作環(huán)境惡劣，長(zhǎng)期在高載荷、高轉(zhuǎn)速的工作張度下連續(xù)工作，工作環(huán)境多為高濕、高壓條件，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中易受介質(zhì)腐蝕、小顆粒粉塵結(jié)垢、大顆粒粉塵撞擊等侵害，由于運(yùn)行狀態(tài)受多種惡劣因素的影響，造成工件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度明顯的不足，，易出現(xiàn)裂紋，導(dǎo)致工件提前報(bào)廢。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，工件由于＂先天缺陷＂或者＂后天缺陷＂引起的局部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足是工件的主要失效形式。因此，提高王件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)對(duì)缺陷的免疫為，對(duì)于保障工件運(yùn)行中的安全性具有重要意義。

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第2章基于推廓信息表示的缺陷參數(shù)化模型構(gòu)建

2.1引言

裂紋缺陷模型是實(shí)現(xiàn)含缺陷工件結(jié)構(gòu)安全性分析的基礎(chǔ)，一些學(xué)者對(duì)此展開(kāi)了研究，將裂紋模型施加到工件結(jié)構(gòu)中用于模擬分析缺陷引起的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變化，研究裂紋模型對(duì)工件結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理：張俊紅等利用平直型裂紋模型對(duì)疲勞裂紋改變工件振動(dòng)特性的問(wèn)題展開(kāi)了研究，主要研究了直線型裂紋長(zhǎng)度與位置變化對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片振動(dòng)頻率與振型的影響，提出裂紋的長(zhǎng)度與位置會(huì)使葉片產(chǎn)生頻率轉(zhuǎn)向、模態(tài)精合與振型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象；Liu等將直線型裂紋模型施加到平板結(jié)構(gòu)中，基于數(shù)值流形方法對(duì)含裂紋結(jié)構(gòu)體展開(kāi)了研究，將含裂紋結(jié)構(gòu)體劃分成靠近裂紋尖端處的區(qū)域與其它區(qū)域，利用含不同位置的直線型裂紋的分析結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值流巧方法的有效性；將直線型裂紋模型施加到圓棒試樣中，分析了在單軸載荷受力下的含裂紋圓棒結(jié)構(gòu)的應(yīng)為集中情況，并通過(guò)改變直線型裂紋的長(zhǎng)度，研究了應(yīng)為張度因子與擴(kuò)展速率隨裂紋長(zhǎng)度的變化特點(diǎn)。上述的含缺陷結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究中所采用的裂紋模型，主要為直線型裂紋模型，裂紋擴(kuò)展方向在發(fā)育過(guò)程中不發(fā)生變化，裂紋始終處于一維擴(kuò)展中，擴(kuò)展路徑為直線，如圖2.1所示。

2.2基于輪廓數(shù)據(jù)的缺陷平面集合外形建模

裂紋圖像能清晰完整的表達(dá)裂紋擴(kuò)展中形成的二維形態(tài)，通過(guò)裂紋的輪廓可獲得裂紋平面幾何參數(shù)等信息。隨著圖像處理技術(shù)在視覺(jué)檢測(cè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，基于圖像技術(shù)對(duì)裂紋幾何特征的研究越來(lái)越多，一些學(xué)者根據(jù)裂紋的深度、長(zhǎng)度、形狀、邊界等特征對(duì)裂紋進(jìn)行識(shí)別口。但目前關(guān)于裂紋幾何特征方面的應(yīng)用研究主要集中在裂紋識(shí)別方面，僅僅是通過(guò)提取的裂紋幾何特征判斷結(jié)構(gòu)是否含有裂紋，實(shí)現(xiàn)工件結(jié)構(gòu)的損傷檢測(cè)，而關(guān)于裂紋幾何特征對(duì)工件結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度影響分析的研究基本上沒(méi)有。本文通過(guò)提取裂紋圖像涵蓋的二維擴(kuò)展信息獲得裂紋的平面幾何形狀特征，為構(gòu)建裂紋實(shí)體模型的二維形狀提供化據(jù)

第3章缺陷特征與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度損傷關(guān)聯(lián)映射分析.....30

3.1引言....30
3.2考慮缺陷的結(jié)構(gòu)損傷關(guān)聯(lián)強(qiáng)度指標(biāo)分析....31
3.3缺陷形位特征與工件結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)幾何映射....33
3.4基于稍合關(guān)系的強(qiáng)度關(guān)聯(lián)缺陷參數(shù)規(guī)劃...40
3.5本章小結(jié).....42
第4章考慮sobol缺陷敏感度的抗惡劣環(huán)境結(jié)構(gòu)優(yōu)化........43
4.1引言..........43.
4.2sobol缺陷敏感度模型構(gòu)建.........43
4.3結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)定向抗缺陷優(yōu)化..........49
4.4本章小結(jié)...........53
第5章葉輪抗缺陷性能結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用實(shí)例.....54
5.1引言...54
5.2缺陷對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)損失作用分析.......55
5.3葉輪結(jié)構(gòu)抗缺陷性能優(yōu)化.....60
5.4本章小結(jié)......66

第5章葉輪抗缺陷性能結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用實(shí)例

5.1引言

目前對(duì)于葉輪分析一般主要集中在分析無(wú)缺陷葉輪應(yīng)為應(yīng)變分布情況，找出較大應(yīng)力集中區(qū)域，并對(duì)葉輪進(jìn)行強(qiáng)度安全校核，如最大等效應(yīng)為不滿足材料的屈服極限，則對(duì)結(jié)構(gòu)最大等效應(yīng)為集中區(qū)域進(jìn)行改進(jìn)，再重復(fù)前面應(yīng)為應(yīng)變分析直至應(yīng)力滿足安全要求。強(qiáng)度分析中沒(méi)有考慮缺陷因素，造成改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)對(duì)缺陷缺乏抵抗性，產(chǎn)生疲勞破壞。葉輪由于材料組織缺陷、制造環(huán)境與化學(xué)腐蝕等因素成型初期易存在微小裂紋，并且裂紋引起的葉片疲勞斷裂是葉輪主要的失效形式，因此葉輪強(qiáng)度分析需考慮裂紋的危害；葉輪自身受為復(fù)雜，由于不同載荷受力方向不同，造成微小裂紋走向易存在不同的變化，由此產(chǎn)生曲折型裂紋，需考慮曲折型裂紋對(duì)葉輪強(qiáng)度的危害，因此，可將構(gòu)建的曲折型裂紋施加到葉輪結(jié)構(gòu)中。

5.2缺陷對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)損失作用分析

缺陷對(duì)葉輪的削弱作用往往與葉輪受為情況相關(guān)聯(lián)，葉輪載荷主要有載荷、氣動(dòng)載荷與濕度載荷等。直接對(duì)葉輪進(jìn)行精確的應(yīng)力分析需要的計(jì)算工作量很大，因此，為探索裂紋的主削弱作用，對(duì)葉輪實(shí)際承受載荷狀況進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化，在引起葉輪結(jié)構(gòu)最大應(yīng)為的載荷情況下，對(duì)含缺陷葉輪強(qiáng)度變化進(jìn)行分析。目前研究表明葉輪主要載荷是高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離吃、力，而由氣動(dòng)為產(chǎn)生的壓為載荷及熱應(yīng)為產(chǎn)生的溫度載荷相對(duì)離記、載荷比較小，并且葉輪最大等效應(yīng)力集中區(qū)域主要由離Ａ為確定。考慮到缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷判斷主要由最大等效應(yīng)力數(shù)值大小與分布位置確定，因此本文在離記、為作用下，研究缺陷造成的葉輪強(qiáng)度變化。

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第6章總結(jié)與展望

本文結(jié)合項(xiàng)目需求，圍繞惡劣環(huán)境下工件結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)疲勞破壞的問(wèn)題，面向缺陷平面幾何形狀特征要求對(duì)缺陷進(jìn)行結(jié)合輪廓信息、轉(zhuǎn)折點(diǎn)棟度信息、直線規(guī)整化、深度信息的缺陷模型構(gòu)建；針對(duì)工件結(jié)構(gòu)與缺陷的關(guān)聯(lián)映射要求，建立兩者在幾何方面的關(guān)聯(lián)方式；針對(duì)抗缺陷性能優(yōu)化對(duì)象選擇盲目性問(wèn)題，采用基于sobol缺陷敏感度的方法對(duì)工件結(jié)構(gòu)易損部位與工件敏感結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行定向?qū)ふ�；�?duì)所提方法在葉輪結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了應(yīng)用分析，實(shí)現(xiàn)了含缺陷葉輪安全性能模擬分析與葉輪缺陷敏感部位定位，完成了葉輪結(jié)構(gòu)的抗缺陷性能優(yōu)化，為結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)作用。本文的主要成果如下：（1）構(gòu)建了含缺陷結(jié)構(gòu)性能模擬仿真的缺陷模型針對(duì)缺陷形體復(fù)雜、直接獲取真實(shí)缺陷形體特征較復(fù)雜的問(wèn)題，分析了表征缺陷平面幾何形狀特征的缺陷模型形體需求，以真實(shí)缺陷圖像為基礎(chǔ)，敲合缺陷輪廓信息、推廓轉(zhuǎn)折處的精度信息、直線規(guī)整化與V形形狀的深度信息確定了3維缺陷裂紋參數(shù)化模型，模擬表達(dá)結(jié)構(gòu)中存在的裂紋平面擴(kuò)展姿態(tài)，完成含缺陪結(jié)構(gòu)安全性模擬分析的模型構(gòu)建。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：59978