应用模糊综合评判法评估涡轮盘寿命

1、应用模糊综合评判法评估涡轮盘寿命论文导读： 涡轮盘是航空发动机的关键部件之一。它们都对涡轮盘的寿命产生一定的影响。引入模糊综合评判方法对涡轮盘的寿命进行评估。关键词：寿命，涡轮盘，模糊综合评判1 引言涡轮盘是航空发动机的关键部件之一，在其上作用有较大的离心负荷、热负荷、气动负荷和振动负荷等，它们都对涡轮盘的寿命产生一定的影响，在实际的工作中，特别是在海洋环境下使用的航空发动机，涡轮盘还会产生蠕变变形和腐蚀，影响涡轮盘的强度、刚度及寿命。因此评估涡轮盘寿命是一个非常复杂的问题，要考虑的因素十分繁多，并且在实际工作中还有许多因素如转轴、叶片及气流对轮盘的影响目前还无法精确地计算。为此，引入模糊综合

2、评判方法对涡轮盘的寿命进行评估，在充分利用涡轮盘有限元寿命计算分析的根底上，结合涡轮盘设计、制造、使用、维护人员的经验，采用层次分析法确定评价指标权重，建立了评估的数学模型和评估流程，实际评估了某涡轮盘的寿命。结果说明，该方法能够解决涡轮盘寿命评估中一些复杂因素的处理问题，具有一定的实际工程意义。2 涡轮盘寿命分析的模糊综合评判法模糊综合评判分为一级与多级评判。对于分析航空发动机涡轮盘寿命此类复杂问题，考虑的因素较多，且每一因素还有较多层次，用一级评判得不出满意的结论，因此，依据实际问题的需要采用二级模糊综合评判。2.1 二级模糊综合评判因素集即为影响评判对象的各种因素的集合。对涡轮盘寿命有影

3、响的因素有设计选材、制造工艺、工作状况、使用维护等，通常把它们构成因素集：，表示种影响因素。由于每一因素均具有不确定性，如涡轮盘使用维护质量参差不齐等，为此，将每一因素再细分假设干等级，构成因素等级集。即有，其中表示第个因素的第个等级。对于涡轮盘寿命，这两个集合可综合涡轮盘的设计、制造、使用和维护的实际状况来建立。权重集是下层评判指标对上层评判指标的隶属程度，它是因素集上的模糊子集。根据每一等级对因素的隶属程度来确定每个等级的权数，得到等级权重集根据每一个因素的重要程度，赋予每个因素以相应的权数，得到因素权重集。论文检测。为了计算方便，这两个权重集均应进行归一化处理，并满足非负性要求。权重集确

4、实定是综合评判的关键环节之一，它确定得恰当与否直接影响综合评判的结果，目前常用确实定方法有德尔斐Delphi法、专家调查法和层次分析法AHP法等。工程实践中可依据具体情况选用，本文选用AHP法。设评判的结果可能有个，那么由其组成的评判集为。对于涡轮盘的寿命，就是涡轮盘寿命在各种情况下的消耗，需要通过涡轮盘寿命的AHP分析确定。先进行单因素评判，即单独从一个评判因素出发，确定评判对象对因素等级的隶属程度。设评判对象按因素集中第个因素等级中第个等级对评判的隶属度在第个因素第个等级的情况下，评判集中第个结论可能出现的概率为，那么第个因素的等级评判矩阵为：单因素等级评判矩阵确实定也是综合评判的关键之一

5、，它确定得恰当与否直接影响综合评判的结果，可以采用与权重集相同的方法确定。常用的模糊综合合成运算模型有四种，为了考虑所有评判因素的影响且保存单因素评判的全部信息，采用乘、加模型。当权重集与隶属度向量均具有归一性时，上述运算模型即为求和型。即按每个因素的各个等级进行评判。如已得到等级权重集和各单因素等级评判矩阵，那么初级评判集为：式中：为按第个因素的全部等级进行综合评判时，评判对象对评判集中第个元素的隶属度。即考虑所有因素进行的综合评判。如已得到因素权重集和初级评判集，那么式中：为按所有因素的全部等级进行综合评判时，评判对象对评判集中第个元素的隶属度。2.2 评判结论评判的结果按加权平均法处理，

6、那么最后的评估结果为3 某涡轮盘寿命的模糊综合评估3.1 涡轮盘寿命消耗分析根据海洋环境下使用的航空发动机涡轮盘的设计、制造、使用和维护情况，涡轮盘的寿命消耗主要取决于低循环疲劳、热疲劳、蠕变和腐蚀的作用。低循环疲劳应包括离心载荷、扭转载荷、气动力、温度梯度和不均匀膨胀等引起的应力循环。热疲劳实质也是低循环疲劳。对于有长巡航飞行剖面的发动机而言，蠕变比LCF低循环疲劳成为更严格的寿命限制准那么。计算中主要考虑三种循环：主循环LCF1停车最大停车、次循环LCF2慢车最大慢车和次循环LCF3巡航中间巡航【1】。经AHP分析，四种因素对涡轮盘寿命消耗的影响见表1。论文检测。表1 涡轮盘工作时寿命消耗

7、影响 状态 低循环疲劳 热疲劳 蠕变 腐蚀 根本载荷块 寿命消耗 0.989 0.802 0.736 0.921 3.2 涡轮盘寿命的模糊综合评判主要考虑的因素为设计水平、制造工艺、材质优劣、工作温度、腐蚀状况、工况条件、韧性大小，即因素集设计水平、制造工艺、材质优劣、工作温度、腐蚀状况、工况条件、韧性大小。各个因素的等级可以分为五等，使其按影响因素取值趋势一致来排列，可得表2所示的因素等级表。表2 因素等级集 因素 等级 1 2 3 4 5 设计水平 好 较好 一般 较差 差 制造工艺 好 较好 一般 较差 差 材质优劣 好 较好 一般 较差 差 工作温度 低 较低 一般 较高 高 腐蚀状况

8、 小 较小 中等 较大 大 工况条件 好 较好 一般 较差 差 韧性大小 大 较大 中等 较小 小 工艺等级越高，产生大的损伤的外表缺陷越少，那么轮盘受疲劳载荷时寿命损耗越少；材料质量越高，内部缺陷越少，轮盘抵抗疲劳载荷的能力亦越强；温度的升高会使材料的变形抗力和疲劳强度下降；环境中的腐蚀介质对金属材料的疲劳性能影响很大，特别是对海军用航空发动机，甚至能加速裂纹的萌生及扩展；同样强度的材料韧性越好，越有利于抵抗疲劳破坏。根据现有条件，在确定各种权重集、隶属度和单因素等级评判矩阵时采用AHP法【2】，由此建立因素权重集并归一化为：建立因素等级权重集并归一化为：表3 因素等级权重集 因素 等级 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 评判集即是用AHP分析得到的寿命消耗影响：初级评判时，由于各个因素都按取值的一致性排列了，且对评判集也按序进行了排列，所以其因素的等级评价矩阵可取为一致。采用与确定权重集相同的方法建立等级评判矩阵为： 即当考虑上述因素后，涡轮盘的评估寿命为计算寿命的85.8%，这是符合客观实际的。4 结论将在涡轮盘的寿命评估中需考虑的众多复杂因素用模糊综合评判进行评价，较好地解决了真实涡轮盘寿命评估中复杂因素的处