應(yīng)用模糊綜合評(píng)判法評(píng)估渦輪盤壽命

1、應(yīng)用模糊綜合評(píng)判法評(píng)估渦輪盤壽命論文導(dǎo)讀： 渦輪盤是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一。它們都對(duì)渦輪盤的壽命產(chǎn)生一定的影響。引入模糊綜合評(píng)判方法對(duì)渦輪盤的壽命進(jìn)行評(píng)估。關(guān)鍵詞：壽命，渦輪盤，模糊綜合評(píng)判1 引言渦輪盤是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，在其上作用有較大的離心負(fù)荷、熱負(fù)荷、氣動(dòng)負(fù)荷和振動(dòng)負(fù)荷等，它們都對(duì)渦輪盤的壽命產(chǎn)生一定的影響，在實(shí)際的工作中，特別是在海洋環(huán)境下使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)，渦輪盤還會(huì)產(chǎn)生蠕變變形和腐蝕，影響渦輪盤的強(qiáng)度、剛度及壽命。因此評(píng)估渦輪盤壽命是一個(gè)非常復(fù)雜的問題，要考慮的因素十分繁多，并且在實(shí)際工作中還有許多因素如轉(zhuǎn)軸、葉片及氣流對(duì)輪盤的影響目前還無法精確地計(jì)算。為此，引入模糊綜合

2、評(píng)判方法對(duì)渦輪盤的壽命進(jìn)行評(píng)估，在充分利用渦輪盤有限元壽命計(jì)算分析的根底上，結(jié)合渦輪盤設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)，采用層次分析法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，建立了評(píng)估的數(shù)學(xué)模型和評(píng)估流程，實(shí)際評(píng)估了某渦輪盤的壽命。結(jié)果說明，該方法能夠解決渦輪盤壽命評(píng)估中一些復(fù)雜因素的處理問題，具有一定的實(shí)際工程意義。2 渦輪盤壽命分析的模糊綜合評(píng)判法模糊綜合評(píng)判分為一級(jí)與多級(jí)評(píng)判。對(duì)于分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤壽命此類復(fù)雜問題，考慮的因素較多，且每一因素還有較多層次，用一級(jí)評(píng)判得不出滿意的結(jié)論，因此，依據(jù)實(shí)際問題的需要采用二級(jí)模糊綜合評(píng)判。2.1 二級(jí)模糊綜合評(píng)判因素集即為影響評(píng)判對(duì)象的各種因素的集合。對(duì)渦輪盤壽命有影

3、響的因素有設(shè)計(jì)選材、制造工藝、工作狀況、使用維護(hù)等，通常把它們構(gòu)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(hù)質(zhì)量參差不齊等，為此，將每一因素再細(xì)分假設(shè)干等級(jí)，構(gòu)成因素等級(jí)集。即有，其中表示第個(gè)因素的第個(gè)等級(jí)。對(duì)于渦輪盤壽命，這兩個(gè)集合可綜合渦輪盤的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的實(shí)際狀況來建立。權(quán)重集是下層評(píng)判指標(biāo)對(duì)上層評(píng)判指標(biāo)的隸屬程度，它是因素集上的模糊子集。根據(jù)每一等級(jí)對(duì)因素的隸屬程度來確定每個(gè)等級(jí)的權(quán)數(shù)，得到等級(jí)權(quán)重集根據(jù)每一個(gè)因素的重要程度，賦予每個(gè)因素以相應(yīng)的權(quán)數(shù)，得到因素權(quán)重集。論文檢測。為了計(jì)算方便，這兩個(gè)權(quán)重集均應(yīng)進(jìn)行歸一化處理，并滿足非負(fù)性要求。權(quán)重集確

4、實(shí)定是綜合評(píng)判的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它確定得恰當(dāng)與否直接影響綜合評(píng)判的結(jié)果，目前常用確實(shí)定方法有德爾斐Delphi法、專家調(diào)查法和層次分析法AHP法等。工程實(shí)踐中可依據(jù)具體情況選用，本文選用AHP法。設(shè)評(píng)判的結(jié)果可能有個(gè)，那么由其組成的評(píng)判集為。對(duì)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(jìn)行單因素評(píng)判，即單獨(dú)從一個(gè)評(píng)判因素出發(fā)，確定評(píng)判對(duì)象對(duì)因素等級(jí)的隸屬程度。設(shè)評(píng)判對(duì)象按因素集中第個(gè)因素等級(jí)中第個(gè)等級(jí)對(duì)評(píng)判的隸屬度在第個(gè)因素第個(gè)等級(jí)的情況下，評(píng)判集中第個(gè)結(jié)論可能出現(xiàn)的概率為，那么第個(gè)因素的等級(jí)評(píng)判矩陣為：單因素等級(jí)評(píng)判矩陣確實(shí)定也是綜合評(píng)判的關(guān)鍵之一

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

6、那么最后的評(píng)估結(jié)果為3 某渦輪盤壽命的模糊綜合評(píng)估3.1 渦輪盤壽命消耗分析根據(jù)海洋環(huán)境下使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤的設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)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(yīng)包括離心載荷、扭轉(zhuǎn)載荷、氣動(dòng)力、溫度梯度和不均勻膨脹等引起的應(yīng)力循環(huán)。熱疲勞實(shí)質(zhì)也是低循環(huán)疲勞。對(duì)于有長巡航飛行剖面的發(fā)動(dòng)機(jī)而言，蠕變比LCF低循環(huán)疲勞成為更嚴(yán)格的壽命限制準(zhǔn)那么。計(jì)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(jīng)AHP分析，四種因素對(duì)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(shí)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(píng)判主要考慮的因素為設(shè)計(jì)水平、制造工藝、材質(zhì)優(yōu)劣、工作溫度、腐蝕狀況、工況條件、韌性大小，即因素集設(shè)計(jì)水平、制造工藝、材質(zhì)優(yōu)劣、工作溫度、腐蝕狀況、工況條件、韌性大小。各個(gè)因素的等級(jí)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(jí)表。表2 因素等級(jí)集 因素 等級(jí) 1 2 3 4 5 設(shè)計(jì)水平 好 較好 一般 較差 差 制造工藝 好 較好 一般 較差 差 材質(zhì)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(jí)越高，產(chǎn)生大的損傷的外表缺陷越少，那么輪盤受疲勞載荷時(shí)壽命損耗越少；材料質(zhì)量越高，內(nèi)部缺陷越少，輪盤抵抗疲勞載荷的能力亦越強(qiáng)；溫度的升高會(huì)使材料的變形抗力和疲勞強(qiáng)度下降；環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)對(duì)金屬材料的疲勞性能影響很大，特別是對(duì)海軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)，甚至能加速裂紋的萌生及擴(kuò)展；同樣強(qiáng)度的材料韌性越好，越有利于抵抗疲勞破壞。根據(jù)現(xiàn)有條件，在確定各種權(quán)重集、隸屬度和單因素等級(jí)評(píng)判矩陣時(shí)采用AHP法【2】，由此建立因素權(quán)重集并歸一化為：建立因素等級(jí)權(quán)重集并歸一化為：表3 因素等級(jí)權(quán)重集 因素 等級(jí) 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(píng)判集即是用AHP分析得到的壽命消耗影響：初級(jí)評(píng)判時(shí)，由于各個(gè)因素都按取值的一致性排列了，且對(duì)評(píng)判集也按序進(jìn)行了排列，所以其因素的等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣可取為一致。采用與確定權(quán)重集相同的方法建立等級(jí)評(píng)判矩陣為： 即當(dāng)考慮上述因素后，渦輪盤的評(píng)估壽命為計(jì)算壽命的85.8%，這是符合客觀實(shí)際的。4 結(jié)論將在渦輪盤的壽命評(píng)估中需考慮的眾多復(fù)雜因素用模糊綜合評(píng)判進(jìn)行評(píng)價(jià)，較好地解決了真實(shí)渦輪盤壽命評(píng)估中復(fù)雜因素的處