應用模糊綜合評判法評估渦輪盤壽命

1、應用模糊綜合評判法評估渦輪盤壽命論文導讀： 渦輪盤是航空發(fā)動機的關鍵部件之一。它們都對渦輪盤的壽命產生一定的影響。引入模糊綜合評判方法對渦輪盤的壽命進行評估。關鍵詞：壽命，渦輪盤，模糊綜合評判1 引言渦輪盤是航空發(fā)動機的關鍵部件之一，在其上作用有較大的離心負荷、熱負荷、氣動負荷和振動負荷等，它們都對渦輪盤的壽命產生一定的影響，在實際的工作中，特別是在海洋環(huán)境下使用的航空發(fā)動機，渦輪盤還會產生蠕變變形和腐蝕，影響渦輪盤的強度、剛度及壽命。因此評估渦輪盤壽命是一個非常復雜的問題，要考慮的因素十分繁多，并且在實際工作中還有許多因素如轉軸、葉片及氣流對輪盤的影響目前還無法精確地計算。為此，引入模糊綜合

2、評判方法對渦輪盤的壽命進行評估，在充分利用渦輪盤有限元壽命計算分析的根底上，結合渦輪盤設計、制造、使用、維護人員的經驗，采用層次分析法確定評價指標權重，建立了評估的數(shù)學模型和評估流程，實際評估了某渦輪盤的壽命。結果說明，該方法能夠解決渦輪盤壽命評估中一些復雜因素的處理問題，具有一定的實際工程意義。2 渦輪盤壽命分析的模糊綜合評判法模糊綜合評判分為一級與多級評判。對于分析航空發(fā)動機渦輪盤壽命此類復雜問題，考慮的因素較多，且每一因素還有較多層次，用一級評判得不出滿意的結論，因此，依據實際問題的需要采用二級模糊綜合評判。2.1 二級模糊綜合評判因素集即為影響評判對象的各種因素的集合。對渦輪盤壽命有影

3、響的因素有設計選材、制造工藝、工作狀況、使用維護等，通常把它們構成因素集：，表示種影響因素。由于每一因素均具有不確定性，如渦輪盤使用維護質量參差不齊等，為此，將每一因素再細分假設干等級，構成因素等級集。即有，其中表示第個因素的第個等級。對于渦輪盤壽命，這兩個集合可綜合渦輪盤的設計、制造、使用和維護的實際狀況來建立。權重集是下層評判指標對上層評判指標的隸屬程度，它是因素集上的模糊子集。根據每一等級對因素的隸屬程度來確定每個等級的權數(shù)，得到等級權重集根據每一個因素的重要程度，賦予每個因素以相應的權數(shù)，得到因素權重集。論文檢測。為了計算方便，這兩個權重集均應進行歸一化處理，并滿足非負性要求。權重集確

4、實定是綜合評判的關鍵環(huán)節(jié)之一，它確定得恰當與否直接影響綜合評判的結果，目前常用確實定方法有德爾斐Delphi法、專家調查法和層次分析法AHP法等。工程實踐中可依據具體情況選用，本文選用AHP法。設評判的結果可能有個，那么由其組成的評判集為。對于渦輪盤的壽命，就是渦輪盤壽命在各種情況下的消耗，需要通過渦輪盤壽命的AHP分析確定。先進行單因素評判，即單獨從一個評判因素出發(fā)，確定評判對象對因素等級的隸屬程度。設評判對象按因素集中第個因素等級中第個等級對評判的隸屬度在第個因素第個等級的情況下，評判集中第個結論可能出現(xiàn)的概率為，那么第個因素的等級評判矩陣為：單因素等級評判矩陣確實定也是綜合評判的關鍵之一

5、，它確定得恰當與否直接影響綜合評判的結果，可以采用與權重集相同的方法確定。常用的模糊綜合合成運算模型有四種，為了考慮所有評判因素的影響且保存單因素評判的全部信息，采用乘、加模型。當權重集與隸屬度向量均具有歸一性時，上述運算模型即為求和型。即按每個因素的各個等級進行評判。如已得到等級權重集和各單因素等級評判矩陣，那么初級評判集為：式中：為按第個因素的全部等級進行綜合評判時，評判對象對評判集中第個元素的隸屬度。即考慮所有因素進行的綜合評判。如已得到因素權重集和初級評判集，那么式中：為按所有因素的全部等級進行綜合評判時，評判對象對評判集中第個元素的隸屬度。2.2 評判結論評判的結果按加權平均法處理，

6、那么最后的評估結果為3 某渦輪盤壽命的模糊綜合評估3.1 渦輪盤壽命消耗分析根據海洋環(huán)境下使用的航空發(fā)動機渦輪盤的設計、制造、使用和維護情況，渦輪盤的壽命消耗主要取決于低循環(huán)疲勞、熱疲勞、蠕變和腐蝕的作用。低循環(huán)疲勞應包括離心載荷、扭轉載荷、氣動力、溫度梯度和不均勻膨脹等引起的應力循環(huán)。熱疲勞實質也是低循環(huán)疲勞。對于有長巡航飛行剖面的發(fā)動機而言，蠕變比LCF低循環(huán)疲勞成為更嚴格的壽命限制準那么。計算中主要考慮三種循環(huán)：主循環(huán)LCF1停車最大停車、次循環(huán)LCF2慢車最大慢車和次循環(huán)LCF3巡航中間巡航【1】。經AHP分析，四種因素對渦輪盤壽命消耗的影響見表1。論文檢測。表1 渦輪盤工作時壽命消耗

7、影響 狀態(tài) 低循環(huán)疲勞 熱疲勞 蠕變 腐蝕 根本載荷塊 壽命消耗 0.989 0.802 0.736 0.921 3.2 渦輪盤壽命的模糊綜合評判主要考慮的因素為設計水平、制造工藝、材質優(yōu)劣、工作溫度、腐蝕狀況、工況條件、韌性大小，即因素集設計水平、制造工藝、材質優(yōu)劣、工作溫度、腐蝕狀況、工況條件、韌性大小。各個因素的等級可以分為五等，使其按影響因素取值趨勢一致來排列，可得表2所示的因素等級表。表2 因素等級集 因素 等級 1 2 3 4 5 設計水平 好 較好 一般 較差 差 制造工藝 好 較好 一般 較差 差 材質優(yōu)劣 好 較好 一般 較差 差 工作溫度 低 較低 一般 較高 高 腐蝕狀況

8、 小 較小 中等 較大 大 工況條件 好 較好 一般 較差 差 韌性大小 大 較大 中等 較小 小 工藝等級越高，產生大的損傷的外表缺陷越少，那么輪盤受疲勞載荷時壽命損耗越少；材料質量越高，內部缺陷越少，輪盤抵抗疲勞載荷的能力亦越強；溫度的升高會使材料的變形抗力和疲勞強度下降；環(huán)境中的腐蝕介質對金屬材料的疲勞性能影響很大，特別是對海軍用航空發(fā)動機，甚至能加速裂紋的萌生及擴展；同樣強度的材料韌性越好，越有利于抵抗疲勞破壞。根據現(xiàn)有條件，在確定各種權重集、隸屬度和單因素等級評判矩陣時采用AHP法【2】，由此建立因素權重集并歸一化為：建立因素等級權重集并歸一化為：表3 因素等級權重集 因素 等級 1

9、 2 3 4 5 0.364 0.620 0.016 0 0 0.386 0.482 0.132 0 0 0.388 0.452 0.152 0.008 0 0.033 0.056 0.116 0.501 0.294 0.023 0.052 0.175 0.524 0.226 0.261 0.435 0.220 0.084 0 0.118 0.221 0.489 0.132 0.040 評判集即是用AHP分析得到的壽命消耗影響：初級評判時，由于各個因素都按取值的一致性排列了，且對評判集也按序進行了排列，所以其因素的等級評價矩陣可取為一致。采用與確定權重集相同的方法建立等級評判矩陣為： 即當考慮上述因素后，渦輪盤的評估壽命為計算壽命的85.8%，這是符合客觀實際的。4 結論將在渦輪盤的壽命評估中需考慮的眾多復雜因素用模糊綜合評判進行評價，較好地解決了真實渦輪盤壽命評估中復雜因素的處