涡轮叶片寿命评估模型的获取方法及寿命评估方法

本公开涉及航空发动机，具体而言，涉及一种涡轮叶片寿命评估模型的获取方法、涡轮叶片寿命评估方法、涡轮叶片寿命评估模型的获取装置、涡轮叶片寿命评估装置、计算机可读存储介质及电子设备。

背景技术：

1、涡轮叶片是航空发动机的核心构件之一，其强度寿命直接影响整个发动机的使用寿命和可靠性。在高温、高压和高转速的恶劣环境下长期服役的过程中，涡轮叶片承受着燃气冲击导致的气动载荷、温度分布不均导致的温度载荷和高速旋转导致的离心载荷以及转子振动导致的振动载荷。在多载荷场的叠加作用下，涡轮叶片的疲劳失效成为服役过程中的主要失效方式之一。

2、恶劣的服役环境和复杂的几何结构导致涡轮叶片的疲劳失效往往是多轴疲劳失效，危险部位的局部应力状态为复杂的多轴应力状态。现有技术中，缺乏针对复杂结构和多轴应力状态涡轮叶片的疲劳寿命评估方法。传统的使用实际零部件进行疲劳试验的方案，会使成本上升以及周期延长，造成不必要的人力和时间成本的浪费，实现起来也非常困难；而直接基于叶片材料级的试验确定的寿命预测模型，在局部应力状态复杂时做出的预测不够准确。

3、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种涡轮叶片寿命评估模型的获取方法、涡轮叶片寿命评估模型的获取装置、涡轮叶片寿命评估方法及涡轮叶片寿命评估装置，能够综合多轴应力状态和局部应力状态对涡轮叶片寿命的影响，建立涡轮叶片寿命的评估模型，从而在一定程度上降低对涡轮叶片寿命评估的成本，提高预测准确率。

2、根据本公开的第一个方面，提供一种涡轮叶片寿命评估模型的获取方法，包括：

3、根据涡轮叶片的材料疲劳参数、拉扭复合试验的失效机理和多轴疲劳理论，建立第一寿命预测模型；

4、获取反映涡轮叶片考核部位局部应力状态的特征模拟件；

5、对特征模拟件进行有限元强度分析，获取应变分布影响系数；

6、将应变分布影响系数引入第一寿命预测模型，以对第一寿命预测模型进行修正，获得第二寿命预测模型。

7、在本公开的一种示例性实施例中，还包括：

8、对对应于涡轮叶片的标准试验件进行单轴低循环疲劳试验，获取材料疲劳参数；

9、对标准试验件进行拉扭复合多轴疲劳试验，获取失效机理；

10、其中，标准试验件与涡轮叶片的材料相同。

11、在本公开的一种示例性实施例中，第一寿命预测模型为材料疲劳参数、涡轮叶片的强度参数和涡轮叶片的第一预期寿命之间的函数关系；

12、其中，涡轮叶片的强度参数根据涡轮叶片的工作状态确定。

13、在本公开的一种示例性实施例中，获取反映涡轮叶片考核部位局部应力状态的特征模拟件，包括：

14、获取考核部位的第一应力分布状态；

15、基于考核部位的几何特征确定特征模拟件的几何形状；

16、计算特征模拟件的第二应力分布状态；

17、在第二应力分布状态和第一应力分布状态一致时，加工得到特征模拟件。

18、在本公开的一种示例性实施例中，计算特征模拟件的第二应力分布状态之前，还包括：

19、根据应力状态一致性准则确定特征模拟件的几何尺寸；

20、对特征模拟件和涡轮叶片进行有限元强度分析，迭代几何尺寸。

21、在本公开的一种示例性实施例中，将应变分布影响系数引入第一寿命预测模型，以对第一寿命预测模型进行修正，获得第二寿命预测模型，其中，第二寿命预测模型为第一预期寿命、应变分布影响系数和涡轮叶片的第二预期寿命之间的函数关系；且，

22、第一预期寿命根据第一寿命预测模型获得，第二预期寿命为第一预期寿命和应变分布影响系数的乘积。

23、在本公开的一种示例性实施例中，对特征模拟件进行有限元强度分析，获取应变分布影响系数，还包括：

24、对特征模拟件进行疲劳试验；

25、对完成疲劳试验后的特征模拟件进行断口分析，获取裂纹扩展方向；

26、根据裂纹扩展方向及有限元强度分析结果，获取应变分布影响系数。

27、根据本公开的第二个方面，提供一种涡轮叶片疲劳寿命评估方法，包括：

28、根据涡轮叶片的材料疲劳参数、拉扭复合试验的失效机理和多轴疲劳理论，建立第一寿命预测模型；

29、获取反映涡轮叶片考核部位局部应力状态的特征模拟件；

30、对特征模拟件进行有限元强度分析，获取应变分布影响系数；

31、将应变分布影响系数引入第一寿命预测模型，以对第一寿命预测模型进行修正，获得第二寿命预测模型；

32、将涡轮叶片的强度参数代入第二寿命预测模型，得到涡轮叶片的第二预期寿命；

33、其中，涡轮叶片的强度参数根据涡轮叶片的工作状态确定。

34、在本公开的一种示例性实施例中，还包括：

35、对涡轮叶片的工作温度场和工作气动场进行插值传递，以获取第三应力分布状态；

36、根据第三应力分布状态计算强度参数。

37、根据本公开的第三个方面，提供一种涡轮叶片疲劳寿命评估模型的获取装置，包括：

38、第一模型生成单元，用于生成第一寿命预测模型；

39、特征模拟件生成单元，用于根据涡轮叶片考核部位局部应力状态，生成特征模拟件；

40、有限元强度分析单元，用于对特征模拟件进行有限元强度分析，获取应变分布影响系数；

41、修正单元，用于将应变分布影响系数引入第一寿命预测模型，以对第一寿命预测模型进行修正，并生成第二寿命预测模型。

42、根据本公开的第四个方面，提供一种涡轮叶片疲劳寿命评估装置，包括：

43、第一模型生成单元，用于生成第一寿命预测模型；

44、特征模拟件生成单元，用于根据涡轮叶片考核部位局部应力状态，生成特征模拟件；

45、有限元强度分析单元，用于对特征模拟件进行有限元强度分析，获取应变分布影响系数；

46、修正单元，用于将应变分布影响系数引入第一寿命预测模型，以对第一寿命预测模型进行修正，并生成第二寿命预测模型；

47、预测单元，用于根据第二寿命预测模型获得涡轮叶片的第二预期寿命。

48、根据本公开的又一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任意一项的方法。

49、根据本公开的再一个方面，提供一种电子设备，包括：

50、处理器；以及

51、存储器，用于存储处理器的可执行指令；

52、其中，处理器配置为经由执行可执行指令来执行上述任意一项的方法。

53、在本公开的一种示例性实施方式的涡轮叶片寿命评估模型的获取方法中，采用特征模拟件的疲劳试验结果对材料级多轴疲劳寿命预测模型进行修正，相对于直接基于真实涡轮叶片的疲劳试验建立疲劳寿命评估模型的方法，成本更低，且不用针对涡轮叶片的复杂形状设计实验器具，难度较小，容易实现。先建立涡轮叶片材料级多轴疲劳寿命预测模型，再根据特征模拟件的有限元强度分析结果，对材料级多轴疲劳寿命预测模型进行修正，综合考虑了多轴应力状态和局部应力和应变状态对涡轮叶片寿命的影响，使建立的寿命评估模型准确性更高。