基于幂函数模型的民机结构腐蚀扩展寿命评定方法研究

基于飞机结构腐蚀清除后测量获取的腐蚀深度,提出了飞机结构腐蚀扩展寿命的幂函数动态预测模型以及模型参数定义方法,确定了腐蚀条件下的飞机结构腐蚀扩展寿命评定指标,建立了基于运营状态下飞机结构腐蚀信息更新的民用飞机结构腐蚀扩展寿命评定方法。     

某型装备轴承件无失效时的可靠性参数估计

针对寿命服从威布尔分布的某型装备轴承件在无失效数据时的可靠性参数估计问题,首先,以失效概率为待估参数,取其先验分布为Beta分布,在2个超参数的先验密度函数为2种不同情形下,建立了失效概率的2种EBayes估计模型,分析了稳健性、渐近性和单调性;然后,对威布尔分布参数进行了加权最小二乘估计,进而建立了可靠度的2种E-Bayes估计模型,分析了稳健性和单调性;最后,结合实例数据进行了可靠性参数估计与分析,指出第2种估计模型更加合理有效。     

基于失效概率的涡轮后机匣全局灵敏度分析

涡轮后机匣是航空发动机安全的关键部件,但是其具有工况复杂、不确定性因素多的缺点。为了探究输入随机变量的不确定性对涡轮后机匣结构失效概率的影响,建立参数化有限元模型进行确定性分析。考虑材料性能、几何参数及外部载荷的不确定性,对涡轮后机匣两种典型失效模式：强度失效以及刚度失效建立极限状态函数;通过构造自适应Kriging 代理模型并结合重要抽样方法评估涡轮后机匣结构失效概率,利用基于失效概率的全局灵敏度方法对涡轮后机匣结构可靠度的不确定性来源进行分析,对各输入随机变量重要性进行排序,构建一种涡轮后机匣全局灵敏度分析框架。结果表明：涡轮后机匣在两种失效模式以及系统失效模式下,发动机推力以及线性膨胀系数对结构失效概率影响最为显著,应对其重点考虑;内外机匣长度以及材料弹性模量对涡轮后机匣结构失效概率影响较小,可对其适当忽略。     

发动机无失效数据可靠性评估研究

在定时截尾寿命试验特别是高可靠性、小子样试验中的无失效数据,引入了逆Weibull寿命分布函数,提出采用不完全Beta分布作为故障概率的先验分布,给出分布参数的最小二乘估计以及故障概率的Bayes估计和多层Bayes估计,从而得到可靠度的估计。最后针对实际问题进行了计算,结果表明Bayes估计稳定合理且容易计算,假定发动机寿命服从逆Weibull分布时的计算结果具有较高精度和较小的偏差。     

基于贝叶斯理论的低循环疲劳寿命模型不确定性量化

为量化低循环疲劳寿命模型中的不确定性因素,利用贝叶斯理论,采用经典的模型校准形式确立了寿命模型的不确定性量化形式,并结合正态性检验对误差项进行验证;应用马尔可夫链-蒙特卡罗(MCMC)算法获得了模型参数后验分布的抽样样本,在小子样试验数据条件下确定了低循环疲劳寿命的95%不确定性区间,较好地覆盖了寿命的分散性;对参数样本进行了相关性分析,并将异方差回归概率模型与贝叶斯概率模型进行了比较。最后,利用Morris全局灵敏度分析方法获得了Manson-Coffin模型参数的全局灵敏度指标;同时,验证了在模型参数对先验信息敏感,或者说在先验信息影响极大的情况下,采用无信息先验处理方法的合理性。     

飞机结构腐蚀损伤加速因子研究

加速腐蚀法是研究飞机腐蚀与腐蚀疲劳的基础.基于腐蚀失效概率相等的原则提出了建立不同服役环境之间的加速腐蚀当量关系--加速因子概念,并且得到了失效机理不变的必要条件.其结论对飞机结构可靠性评估、加速腐蚀试验及加速寿命试验均具有较高的使用价值.     

基于蒙特卡罗模拟的飞机结构可靠度分析

飞机可靠度的分析要综合考虑各种因素的影响,由于各因素的影响较为复杂,很难通过解析的方法来计算飞机的可靠度.随着计算机速度的不断提升,通过蒙特卡罗模拟计算飞机结构的可靠性逐渐变得可行.本文基于蒙特卡罗法,将损伤、工作环境、检修周期等作为核心要素,提出了面向工程应用的飞机结构可靠度分析方法,最终得到了飞机全机结构失效概率的计算方法.本方法在计算机上得到了初步实现.     

基于RBF和主动学习的非概率可靠度求解方法

进行结构非概率可靠性分析时，对于失效域与超椭球不确定域发生干涉的情况，非概率可靠度相较于非概率可靠度指标更具有适用性。为了提高超椭球模型下结构非概率可靠度的求解效率，本文提出一种求解非概率可靠度问题的高效主动学习方法。首先，结合交叉验证和jackknifing方法推导了RBF模型在未知点处的jackknifing方差以评估模型预测的不确定性，并根据该方差基于RBF的主动学习函数对非概率可靠度进行求解。其次，提出有效收敛准则来终止非概率可靠性分析的主动学习过程。最后，3个算例表明该方法能够在较少功能函数调用次数下得到精确的非概率可靠度估计值，具有良好的工程应用价值。     

安全关键软件可靠性验证测试方法研究

为了在不降低安全关键软件可靠性验证测试结果可信性的前提下减少测试用例量,在分析经典统计假设测试和无先验贝叶斯统计方法的基础上,提出了一种先验知识动态整合的贝叶斯推断统计测试方法;并提供了软件失效概率的概率密度函数先验分布参数的详细求解办法。实验表明,所提供的安全关键软件可靠性验证测试方法可以用较少的测试用例获得同样的结果可信性。     

基于模糊可靠性的飞机结构腐蚀疲劳寿命评定

腐蚀和腐蚀疲劳大大降低了LY12CZ铝合金的材料性能,严重地威胁着飞机的结构完整性和使用安全。飞机结构失效过程与所受的载荷、材料特性、服役的腐蚀环境等因素有关,由于各因素联合作用,失效过程损伤机理相当复杂,既有随机性又有模糊性。针对目前腐蚀疲劳寿命评估的常规概率方法的缺陷,基于通过对海军航空部队调研得到的飞机实际使用载荷谱,提出更合理、更贴近实际情况的模糊可靠性评估方法。讨论了蚀孔形状比和各模糊因素对结构寿命的影响规律,研究结果表明该模糊可靠性方法可以应用于飞机结构的腐蚀疲劳寿命评估。     

基于Wiener过程的民用航空发动机性能可靠性预测

通过对民用航空发动机性能退化数据的分析,提出了一种有效融合先验退化数据和现场退化数据的性能可靠性评估和剩余寿命预测方法.首先在先验退化数据的基础上确定Wiener过程参数的先验分布,然后利用贝叶斯方法融合新增的现场数据,对Wiener过程参数进行更新,并在此基础上对单台发动机进行性能可靠性评估和剩余寿命预测.该方法能根据现场退化数据不断地对可靠性和剩余寿命进行更新.最后通过某航空公司发动机性能退化数据验证文中提出的方法,结果表明41号发动机在2000循环和3000循环时预测的剩余寿命相对误差分别为0.060和0.018,可以满足航空公司发动机下发计划制定的实际需要.      

民用飞机客舱地板滑轨结构研究

客舱地板结构是民用飞机机身结构的重要组成部分,其中滑轨结构与客舱地板横梁连接,是比较关键的结构,直接承担着飞机旅客载荷以及座椅的载荷。 首先介绍说明了民用客机地板结构的受力情况,其次针对目前国际典型机型的客舱地板滑轨结构形式、材料选材以及滑轨与横梁的连接形式等内容进行了分析说明,给出了各机型客舱滑轨结构形式的结构特点,再者从民用飞机客舱的滑轨冠部的设计、滑轨上缘条的设计以及滑轨高度的设计三个方面对客舱滑轨结构设计进行了分析与说明,给出了民用飞机客舱地板滑轨结构设计分析的要点和一般方法。 最后对民用飞机客舱地板滑轨结构设计方案进行了总结归纳与分析,为民用飞机客舱地板滑轨结构设计提供参考和借鉴。     

基于概率断裂力学的耐久性分析及软件开发

以概率断裂力学和可靠性理论为基础,依照美国空军耐久性设计手册所建立的三参数Weibull模型,对飞机结构耐久性试验数据进行分析和处理,并编制了相应的计算软件。软件能够给出裂纹扩展寿命的统计特性,在给定可靠度要求下结构经济寿命的预测、损伤度评估,以及可靠度随时间的变化。最后结合某型号飞机进行了具体分析,分析结果表明,该软件分析结果合理、可靠,具有良好的应用价值和应用前景。     

Dynamic parametric modeling-based model updating strategy of aeroengine casings

For accurate Finite Element (FE) modeling for the structural dynamics of aeroengine casings, Parametric Modeling-based Model Updating Strategy (PM-MUS) is proposed based on efficient FE parametric modeling and model updating techniques regarding uncorrelated/correlated mode shapes. Casings structure is parametrically modeled by simplifying initial structural FE model and equivalently simulating mechanical characteristics. Uncorrelated modes between FE model and experiment are reasonably handled by adopting an objective function to recognize correct correlated modes pairs. The parametrized FE model is updated to effectively describe structural dynamic characteristics in respect of testing data. The model updating technology is firstly validated by the detailed FE model updating of one fixed–fixed beam structure in light of correlated/uncorrelated mode shapes and measured mode data. The PM-MUS is applied to the FE parametrized model updating of an aeroengine stator system (casings) which is constructed by the proposed parametric modeling approach. As revealed in this study, (A) the updated models by the proposed updating strategy and dynamic test data is accurate, and (B) the uncorrelated modes like close modes can be effectively handled and precisely identify the FE model mode associated the corresponding experimental mode, and (C) parametric modeling can enhance the dynamic modeling updating of complex structure in the accuracy of mode matching. The efforts of this study provide an efficient dynamic model updating strategy (PM-MUS) for aeroengine casings by parametric modeling and experimental test data regarding uncorrelated modes.     

Study on segmented distribution for reliability evaluation

In practice, the failure rate of most equipment exhibits different tendencies at different stages and even its failure rate curve behaves a multimodal trace during its life cycle. As a result, traditionally evaluating the reliability of equipment with a single model may lead to severer errors. However, if lifetime is divided into several different intervals according to the characteristics of its failure rate, piecewise fitting can more accurately approximate the failure rate of equipment. There-fore, in this paper, failure rate is regarded as a piecewise function, and two kinds of segmented dis-tribution are put forward to evaluate reliability. In order to estimate parameters in the segmented reliability function, Bayesian estimation and maximum likelihood estimation (MLE) of the seg-mented distribution are discussed in this paper. Since traditional information criterion is not suit-able for the segmented distribution, an improved information criterion is proposed to test and evaluate the segmented reliability model in this paper. After a great deal of testing and verification, the segmented reliability model and its estimation methods presented in this paper are proven more efficient and accurate than the traditional non-segmented single model, especially when the change of the failure rate is time-phased or multimodal. The significant performance of the segmented reli-ability model in evaluating reliability of proximity sensors of leading-edge flap in civil aircraft indi-cates that the segmented distribution and its estimation method in this paper could be useful and accurate.     

2.5维编织树脂基复合材料平板多尺度动力学模型修正

在2.5维编织树脂基复合材料多尺度固有振动分析的基础上,开展基于实测结构模态数据的复合材料平板动力学模型修正研究,以获取精准反映其动力学特性的模型。首先,建立复合材料平板固有频率对弹性参数的灵敏度分析方法,分析了平板固有振动特性的主要影响因素;其次,建立基于灵敏度分析的复合材料多尺度动力学模型修正方法,形成了基于MSC.NASTRAN平台的模型修正程序。最后,利用实测结构模态测试数据,实现对复合材料平板动力学模型的修正。结果表明,对关键弹性参数进行修正后,不同边界条件和纱线走向的复合材料平板试验件固有频率实测数据与仿真数据的最大误差由10.44%下降至2.39%,相关性得到了大幅改善。此外,所提出的自由模态测试方案结合动力学模型修正方法,为复合材料等效弹性参数的试验辨识提供了新的技术途径。     

基于自适应代理模型的结构动力可靠度分析方法

结构动力可靠度分析对于衡量结构的安全状态和工作性能具有重要的指导意义。采用一种同时考虑 动态激励载荷和材料力学性能参数随机性的动力可靠度计算高效方法,通过建立不确定性材料力学性能参数 与条件动力可靠度之间的 Kriging代理模型,推导动力可靠度的解析表达式;提出一个新的学习函数来构建自 适应的 Kriging代理过程,通过复合材料飞行器蒙皮骨架结构在随机振动载荷和随机材料力学性能参数共同作 用下的动力可靠度分析对所提方法的准确性与高效性进行验证。结果表明:所提方法不仅能够避免使用代理 模型对动力可靠度求解时由于使用数值积分所引入的误差,同时能够使用尽可能少的计算成本获得准确的动 力可靠度结果。     

飞机整体驱动发电机可靠性与维修策略探究

针对飞机整体驱动发电机可靠性分析手段缺乏、故障样本小且维修策略相对保守的问题,提出了以历史故障数据为驱动的贝叶斯和马尔可夫链融合的可靠性分析方法。 首先,利用蒙特卡洛方法对故障数据预处理以增大样本空间,并通过最大信息熵法求解飞机整体驱动发电机的先验分布;其次,利用马尔可夫链方法对复杂后验分布进行解算;最后,以可靠性为中心给出飞机 IDG 的维修建议。 经过数值仿真软件计算后得 IDG 的累计失效函数参数估计误差分别为 0. 121 3 和 0. 001 3,误差较小。 仿真结果表明,提出的可靠性分析方法适用于小样本空间的飞机 IDG 可靠性分析,并根据结果给出了维修建议。