基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法

1.本技术涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法、装置、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.燃气轮机的可靠性一直是设计工程师、制造商和用户所关注的重要指标。随着燃气轮机在工程领域中应用范围的不断扩大，尤其是在航海和航空领域中的应用，使得燃气轮机的可靠性成为重中之重，这一特性是机组持续工作能力的体现。
3.特别地，透平是燃气轮机的核心部件，而叶片则是透平中最重要的零部件之一，由于燃气轮机运行中经常需要进行工况变化，其流量、都存在较大的变化范围，因此，叶片的可靠性预测逐渐成为了研究的主要方向之一。
4.相关技术中，通常使用有限元方法进行强度特性分析、建立代理模型或者采用实验方法逐个测试来获取叶片工作时的应力分布，从而预测叶片的可靠性，势必导致燃气轮机叶片的可靠性预测过程中存在耗时久、效率低以及可靠性差的技术问题。由此，如何提高燃气轮机叶片的可靠性预测过程中的效率及可靠性，已成为了亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本技术提出一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法、装置、电子设备和存储介质。
6.本技术第第一方面实施例提出了一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法，所述方法包括：获取所述燃气轮机叶片在不同工况参数和材料参数下对应的应力信息数据集，其中，所述应力数据信息集包括多个应力最大值；建立不同工况参数和材料参数与所述多个应力最大值之间的映射关系，并根据所述映射关系建立所述燃气轮机叶片的理论计算预测模型；获取所述燃气轮机叶片研发时不同工况参数和材料参数对应的测试应力信息数据集；根据所述测试应力信息数据集，对所述应力信息数据集进行同化，以得到同化后的目标应力信息数据集；根据所述目标应力信息数据集，对所述理论计算预测模型进行更新，以得到更新后的测试修正预测模型；将所述燃气轮机叶片的待预测的工况参数和材料参数输入到所述测试修正预测模型，以得到所述燃气轮机叶片的预测应力最大值；根据所述燃气轮机叶片的预测应力最大值和预设的最大许用应力值的比较结果，确定所述燃气轮机叶片的可靠性。
7.在本技术的一个实施例中，所述根据所述测试应力信息数据集，对所述应力信息数据集进行同化，以得到同化后的目标应力信息数据集，包括：获取所述燃气轮机叶片在劳损伤积累效应时所对应的第一最大应力修正系数；基于所述燃气轮机叶片的应力信息数据集和所述测试应力数据信息集，确定所述燃气轮机叶片在考虑所述测试应力数据信息集时所对应的第二最大应力修正系数；将所述应力信息数据集中多个应力最大值分别与所述第一最大应力修正系数和所述第二最大应力修正系数进行相加，以得到同化后的目标应力信
息数据集。
8.在本技术的一个实施例中，所述获取所述燃气轮机叶片的劳损伤积累效应对应的第一最大应力修正系数，包括：获取所述燃气轮机叶片的最小应力、承受温度界限和启停次数；根据所述燃气轮机叶片的最小应力、承受温度界限和启停次数，确定所述燃气轮机叶片的劳损伤积累效应对应的第一最大应力修正系数。
9.在本技术的一个实施例中，所述基于所述燃气轮机叶片的应力信息数据集和所述测试应力数据信息集，确定所述燃气轮机叶片在考虑所述测试应力数据信息集时所对应的第二最大应力修正系数，包括：基于所述应力数据信息集中多个应力最大值和多个应力最大值的均值，以及所述测试应力数据信息集中多个测试应力最大值、多个测试应力最大值的均值，计算出所述燃气轮机叶片中所述应力数据信息集和所述测试应力数据信息集值的协方差；根据所述协方差，确定所述燃气轮机叶片在考虑所述测试应力数据信息集时所对应的第二最大应力修正系数。
10.本技术提出一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法，基于燃气轮机叶片的不同工况参数和材料参数，与在不同工况参数和材料参数下对应的应力信息数据集中多个应力最大值之间的映射关系，建立燃气轮机叶片的理论计算预测模型，并根据燃气轮机叶片的测试应力信息数据集，对应力信息数据集进行同化后的目标应力信息数据集，得到理论计算预测模型更新后的测试修正预测模型，以预测燃气轮机叶片待预测的工况参数和材料参数对应的最大应力值，从而确定燃气轮机叶片的可靠性，由此，提高了燃气轮机叶片可靠性预测模型的精度，并准确确定出燃气轮机叶片在不同工况和材料下的可靠性。
11.本技术第第二方面实施例提出了一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测装置，所述装置包括：第一获取模块，用于获取所述燃气轮机叶片在不同工况参数和材料参数下对应的应力信息数据集，其中，所述应力数据信息集包括多个应力最大值；建立模块，用于建立不同工况参数和材料参数与所述多个应力最大值之间的映射关系，并根据所述映射关系建立所述燃气轮机叶片的理论计算预测模型；第二获取模块，用于获取所述燃气轮机叶片研发时不同工况参数和材料参数对应的测试应力信息数据集；同化模块，用于根据所述测试应力信息数据集，对所述应力信息数据集进行同化，以得到同化后的目标应力信息数据集；更新模块，用于根据所述目标应力信息数据集，对所述理论计算预测模型进行更新，以得到更新后的测试修正预测模型；输入模块，用于将所述燃气轮机叶片的待预测的工况参数和材料参数输入到所述测试修正预测模型，以得到所述燃气轮机叶片的预测应力最大值；确定模块，用于根据所述燃气轮机叶片的预测应力最大值和预设的最大许用应力值的比较结果，确定所述燃气轮机叶片的可靠性。
12.在本技术的一个实施例中，所述同化模块，包括：获取单元，用于获取所述燃气轮机叶片在劳损伤积累效应时所对应的第一最大应力修正系数；确定单元，用于基于所述燃气轮机叶片的应力信息数据集和所述测试应力数据信息集，确定所述燃气轮机叶片在考虑所述测试应力数据信息集时所对应的第二最大应力修正系数；生成单元，用于将所述应力信息数据集中多个应力最大值分别与所述第一最大应力修正系数和所述第二最大应力修正系数进行相加，以得到同化后的目标应力信息数据集。
13.在本技术的一个实施例中，所述获取单元，具体用于：获取所述燃气轮机叶片的最
小应力、承受温度界限和启停次数；根据所述燃气轮机叶片的最小应力、承受温度界限和启停次数，确定所述燃气轮机叶片的劳损伤积累效应对应的第一最大应力修正系数。
14.在本技术的一个实施例中，所述确定单元，具体用于：基于所述应力数据信息集中多个应力最大值和多个应力最大值的均值，以及所述测试应力数据信息集中多个测试应力最大值、多个测试应力最大值的均值，计算出所述燃气轮机叶片中所述应力数据信息集和所述测试应力数据信息集值的协方差；根据所述协方差，确定所述燃气轮机叶片在考虑所述测试应力数据信息集时所对应的第二最大应力修正系数。
15.本技术提出一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测装置，基于燃气轮机叶片的不同工况参数和材料参数，与在不同工况参数和材料参数下对应的应力信息数据集中多个应力最大值之间的映射关系，建立燃气轮机叶片的理论计算预测模型，并根据燃气轮机叶片的测试应力信息数据集，对应力信息数据集进行同化后的目标应力信息数据集，得到理论计算预测模型更新后的测试修正预测模型，以预测燃气轮机叶片待预测的工况参数和材料参数对应的最大应力值，从而确定燃气轮机叶片的可靠性，由此，提高了燃气轮机叶片可靠性预测模型的精度，并准确确定出燃气轮机叶片在不同工况和材料下的可靠性。
16.本技术第三方面实施例提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，当所述处理器执行所述程序时实现本技术实施例中的基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法。
17.本技术第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当该程序被处理器执行时本技术实施例中的基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法。
18.上述可选方式所具有的其他效果将在下文中结合具体实施例加以说明。
附图说明
19.图1是本技术实施例所提供的一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法的流程示意图；
20.图2是本技术实施例所提供的另一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法的流程示意图；
21.图3是本技术实施例所提供一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测装置的结构示意图；
22.图4是本技术实施例所提供另一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测装置的结构示意图；
23.图5是本技术一个实施例的电子设备的框图。
具体实施方式
24.下面详细描述本技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
25.下面参考附图描述本技术实施例的基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠
性预测方法、装置和电子设备。
26.图1是本技术实施例所提供的一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法的流程示意图。其中，需要说明的是，本实施例提供的基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法的执行主体为基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测装置，该基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该实施例中的基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测装置可以配置电子设备中，本实施例中的电子设备可以包括服务器，该实施例对电子设备不作具体限定。
27.如图1所示，该基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法可以包括：
28.步骤101，获取燃气轮机叶片在不同工况参数和材料参数下对应的应力信息数据集，其中，应力数据信息集包括多个应力最大值。
29.在一些实施例中，燃气轮机叶片对应的工况参数可以包括但不限于进口总温总压、出口压力、转速和流量，该实施例对此不做具体限定。
30.在一些实施例中，燃气轮机叶片对应的材料参数可以包括但不限于燃气轮机叶片金属的材料密度、燃气轮机叶片不同温度的导热系数、燃气轮机叶片弹的性模量、燃气轮机叶片的泊松比、燃气轮机叶片的热膨胀系数，该实施例对此不做具体限定。
31.在一些实施例中，应力信息数据集中还可以包括多个应力最大值部位对空间位置坐标，可以根据空间位置坐标准确确定可能发生疲劳断裂的位置，从而调整可能发生疲劳断裂的位置的参数，以保护燃气轮机叶片，延长燃气轮机叶片的使用寿命。
32.例如，由于燃汽轮机叶片的叶根位置容易发生疲劳断裂，故可以把叶根圆角加大，以更好地保护燃气轮机叶片。
33.步骤102，建立不同工况参数和材料参数与多个应力最大值之间的映射关系，并根据映射关系建立燃气轮机叶片的理论计算预测模型。
34.在一些实施例中，基于燃气轮机叶片的不同工况参数和材料参数，以及在不同工况参数和材料参数下燃汽轮机叶片的多个应力最大值，可以采用但不限于响应曲面法、克里金模型、人工神经网络和支持向量机建立不同工况参数和材料参数与多个应力最大值之间的映射关系，并根据该映射关系建立燃气轮机叶片的理论计算预测模型，从而初步确定出燃汽轮机叶片的理论计算预测模型。
35.步骤103，获取燃气轮机叶片研发时不同工况参数和材料参数对应的测试应力信息数据集。
36.在一些实施例中，测试应力信息数据集可以包括燃气轮机叶片研发时应力测试试验台上不同工况参数和材料参数对应的多个测试应力最大值，但不仅限于此。
37.步骤104，根据测试应力信息数据集，对应力信息数据集进行同化，以得到同化后的目标应力信息数据集。
38.在一些实施例中，根据测试应力信息数据集，可以采用但不限于集合卡尔曼滤波的数据同化方法，对应力信息数据集进行同化，同时并结合燃汽轮机叶片的疲劳损伤积累效应，从而动态更新应力信息数据集，以得到更新后的目标应力信息数据集。
39.步骤105，根据目标应力信息数据集，对理论计算预测模型进行更新，以得到更新后的测试修正预测模型。
40.在一些实施例中，可以根据目标应力信息数据集中不同工况参数和材料参数与多个应力最大值之间的映射关系，动态跟新理论计算预测模型，以得到更新后的测试修正预测模型，从而有效提高燃汽轮机叶片可靠性预测模型的预测精度。
41.步骤106，将燃气轮机叶片的待预测的工况参数和材料参数输入到测试修正预测模型，以得到燃气轮机叶片的预测应力最大值。
42.在一些实施例中，在将燃气轮机叶片的待预测的工况参数和材料参数输入到测试修正预测模型中后，可以根据测试修正预测模型中不同工况参数和材料参数与多个应力最大值的映射关系，确定出燃气轮机叶片在预测工况参数和材料参数下的预测应力最大值。
43.步骤107，根据燃气轮机叶片的预测应力最大值和预设的最大许用应力值的比较结果，确定燃气轮机叶片的可靠性。
44.在一些实施例中，预设的最大许用应力值可以通过对燃汽轮机叶片进行实验得到，但不仅限于此。
45.在一些实施例中，在比较结果为燃气轮机叶片的预测应力最大值小于或等于预设的最大许用应力值的情况下，则说明该材料的燃气轮机叶片在该工况下能正常运行。
46.在另一些实施例中，在比较结果为燃气轮机叶片的预测应力最大值大于预设的最大许用应力值的情况下，则说明该材料的燃气轮机叶片不能在该工况下正常运行，需要对燃气轮机叶片进行调整，以防止燃气轮机叶片被损坏。
47.本技术提出一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法，基于燃气轮机叶片的不同工况参数和材料参数，与在不同工况参数和材料参数下对应的应力信息数据集中多个应力最大值之间的映射关系，建立燃气轮机叶片的理论计算预测模型，并根据燃气轮机叶片的测试应力信息数据集，对应力信息数据集进行同化后的目标应力信息数据集，得到理论计算预测模型更新后的测试修正预测模型，以预测燃气轮机叶片待预测的工况参数和材料参数对应的最大应力值，从而确定燃气轮机叶片的可靠性，由此，提高了燃气轮机叶片可靠性预测模型的精度，并准确确定出燃气轮机叶片在不同工况和材料下的可靠性。
48.图2是本技术实施例所提供的另一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法的流程示意图。
49.步骤201，获取燃气轮机叶片在不同工况参数和材料参数下对应的应力信息数据集，其中，应力数据信息集包括多个应力最大值。
50.步骤202，建立不同工况参数和材料参数与多个应力最大值之间的映射关系，并根据映射关系建立燃气轮机叶片的理论计算预测模型。
51.步骤203，获取燃气轮机叶片研发时不同工况参数和材料参数对应的测试应力信息数据集。
52.其中，需要说明的是，关于步骤201至步骤203的具体实现方式，可参见上述实施例中的相关描述。
53.步骤204，获取燃气轮机叶片在劳损伤积累效应时所对应的第一最大应力修正系数。
54.在一些实施例中，获取燃气轮机叶片在劳损伤积累效应时所对应的第一最大应力修正系数的一种实施方式可以为，获取燃气轮机叶片的最小应力、承受温度界限和启停次
数，并根据燃气轮机叶片的最小应力、承受温度界限和启停次数，确定燃气轮机叶片的劳损伤积累效应对应的第一最大应力修正系数。
55.具体地，根据燃气轮机叶片的最小应力、承受温度界限和启停次数，计算燃气轮机叶片的劳损伤积累效应对应的第一最大应力修正系数的计算公式可以为：
[0056][0057]
其中，δσ
ac
表示燃气轮机叶片在考虑疲劳损伤积累效应时对应的第一最大应力修系数，σ
min
为燃气轮机叶片上的最小应力，t
max
为燃汽轮机叶片承受的最高温度，t
min
为燃汽轮机叶片承受的最低温度，γ为燃气轮机叶片经历的启停次数。
[0058]
步骤205，基于燃气轮机叶片的应力信息数据集和测试应力数据信息集，确定燃气轮机叶片在考虑测试应力数据信息集时所对应的第二最大应力修正系数。
[0059]
在一些实施例中，基于燃气轮机叶片的应力信息数据集和测试应力数据信息集，确定燃气轮机叶片在考虑测试应力数据信息集时所对应的第二最大应力修正系数的一种实施方式可以为，基于应力数据信息集中多个应力最大值和多个应力最大值的均值，以及测试应力数据信息集中多个测试应力最大值、多个测试应力最大值的均值，计算出燃气轮机叶片中应力数据信息集和测试应力数据信息集值的协方差，并根据协方差，确定燃气轮机叶片在考虑测试应力数据信息集时所对应的第二最大应力修正系数。
[0060]
具体地，燃气轮机叶片的应力信息数据集和测试应力数据信息集的协方差的计算公式可以为：
[0061][0062]
其中，cov(σc,σ
ex
)为燃气轮机叶片的应力信息数据集和测试应力数据信息集的协方差，σ
ex
为燃气轮机叶片在研发时测试应力数据信息集中各测点的多个测试应力最大值，为测试应力数据信息集中各测点多个测试应力最大值的均值，σc为燃气轮机叶片在应力数据信息集中各测点的多个应力最大值，为应力数据信息集中各测点多个应力最大值的应力均值。
[0063]
在一些实施例中，可以将该协方差cov(σc,σ
ex
)作为第二最大应力修正系数δσ
ex
，例如δσ
ex
＝cov(σc,σ
ex
)。
[0064]
步骤206，将应力信息数据集中多个应力最大值分别与第一最大应力修正系数和第二最大应力修正系数进行相加，以得到同化后的目标应力信息数据集。
[0065]
在一些实施例中，将应力信息数据集中多个应力最大值分别与第一最大应力修正系数和第二最大应力修正系数进行相加的计算公式可以为：
[0066]
σ
′i＝σi+σ
ac
+σ
ex
[0067]
其中，σi表示应力信息数据集中的多个应力最大值，σ
′i表示目标应力信息数据集中的多个应力最大值。
[0068]
步骤207，根据目标应力信息数据集，对理论计算预测模型进行更新，以得到更新后的测试修正预测模型。
[0069]
步骤208，将燃气轮机叶片的待预测的工况参数和材料参数输入到测试修正预测模型，以得到燃气轮机叶片的预测应力最大值。
[0070]
步骤209，根据燃气轮机叶片的预测应力最大值和预设的最大许用应力值的比较结果，确定燃气轮机叶片的可靠性。
[0071]
本技术提出一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测方法，基于燃气轮机叶片的不同工况参数和材料参数，与在不同工况参数和材料参数下对应的应力信息数据集中多个应力最大值之间的映射关系，建立燃气轮机叶片的理论计算预测模型，并获取燃气轮机叶片在劳损伤积累效应时所对应的第一最大应力修正系数，以及基于燃气轮机叶片的应力信息数据集和测试应力数据信息集，确定燃气轮机叶片在考虑测试应力数据信息集时所对应的第二最大应力修正系数，再将应力信息数据集中多个应力最大值分别与第一最大应力修正系数和第二最大应力修正系数进行相加，以得到同化后的目标应力信息数据集，并根据目标应力信息数据集对理论计算预测模型进行更新，得到测试修正预测模型，以预测燃气轮机叶片待预测的工况参数和材料参数对应的最大应力值，从而确定燃气轮机叶片的可靠性，由此，通过疲劳损伤累积效应和测试应力数据信息集各自对应的修正系数，对应力信息数据集进行同化，以根据同化后的目标应力信息数据集对理论计算预测模型进行更新，从而提高了燃气轮机叶片可靠性预测模型的精度，完善燃气轮机叶片可靠性设计体系。
[0072]
为了实现上述实施例，本实施例提供了一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测装置，图3是本技术实施例所提供一种基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片可靠性预测装置的结构示意图。
[0073]
如图3所示，该基于应力信息数据同化的燃气轮机叶片的可靠性预测装置300，包括：
[0074]
第一获取模块301，用于获取燃气轮机叶片在不同工况参数和材料参数下对应的应力信息数据集，其中，应力数据信息集包括多个应力最大值。
[0075]
建立模块302，用于建立不同工况参数和材料参数与多个应力最大值之间的映射关系，并根据映射关系建立燃气轮机叶片的理论计算预测模型。
[0076]
第二获取模块303，用于获取燃气轮机叶片研发时不同工况参数和材料参数对应的测试应力信息数据集。
[0077]
同化模块304，用于根据测试应力信息数据集，对应力信息数据集进行同化，以得到同化后的目标应力信息数据集。
[0078]
更新模块305，用于根据目标应力信息数据集，对理论计算预测模型进行更新，以得到更新后的测试修正预测模型。
[0079]
输入模块306，用于将燃气轮机叶片的待预测的工况参数和材料参数输入到测试修正预测模型，以得到燃气轮机叶片的预测应力最大值。
[0080]
确定模块307，用于根据燃气轮机叶片的预测应力最大值和预设的最大许用应力值的比较结果，确定燃气轮机叶片的可靠性。
[0081]
在一些实施例中，如图4所示，同化模块304，包括：
[0082]
获取单元3041，用于获取燃气轮机叶片在劳损伤积累效应时所对应的第一最大应力修正系数。
architecture，简称为eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0102]
可选的，在具体实现上，如果存储器501、处理器502及通信接口503，集成在一块芯片上实现，则存储器501、处理器502及通信接口503可以通过内部接口完成相互间的通信。
[0103]
处理器502可能是一个中央处理器(central processing unit，简称为cpu)，或者是特定集成电路(application specific integrated circuit，简称为asic)，或者是被配置成实施本技术实施例的一个或多个集成电路。
[0104]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0105]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0106]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。