應(yīng)用模糊綜合評判法評估渦輪盤壽命

1、應(yīng)用模糊綜合評判法評估渦輪盤壽命論文導(dǎo)讀： 渦輪盤是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一。它們都對渦輪盤的壽命產(chǎn)生一定的影響。引入模糊綜合評判方法對渦輪盤的壽命進(jìn)行評估。關(guān)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(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、氣動負(fù)荷和振動負(fù)荷等，它們都對渦輪盤的壽命產(chǎn)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(jī)，渦輪盤還會產(chǎn)生蠕變變形和腐蝕，影響渦輪盤的強(qiáng)度、剛度及壽命。因此評估渦輪盤壽命是一個非常復(fù)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(zhuǎn)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(jìn)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(jié)合渦輪盤設(shè)計、制造、使用、維護(hù)人員的經(jīng)驗，采用層次分析法確定評價指標(biāo)權(quán)重，建立了評估的數(shù)學(xué)模型和評估流程，實際評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估中一些復(fù)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(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，用一級評判得不出滿意的結(jié)論，因此，依據(jù)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(shè)計選材、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，構(gòu)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(shè)計、制造、使用和維護(hù)的實際狀況來建立。權(quán)重集是下層評判指標(biāo)對上層評判指標(biāo)的隸屬程度，它是因素集上的模糊子集。根據(jù)每一等級對因素的隸屬程度來確定每個等級的權(quán)數(shù)，得到等級權(quán)重集根據(jù)每一個因素的重要程度，賦予每個因素以相應(yīng)的權(quán)數(shù)，得到因素權(quán)重集。論文檢測。為了計算方便，這兩個權(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、實定是綜合評判的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它確定得恰當(dāng)與否直接影響綜合評判的結(jié)果，目前常用確實定方法有德爾斐Delphi法、專家調(diào)查法和層次分析法AHP法等。工程實踐中可依據(jù)具體情況選用，本文選用AHP法。設(shè)評判的結(jié)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(jìn)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(shè)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(jié)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(guān)鍵之一

5、，它確定得恰當(dāng)與否直接影響綜合評判的結(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(dāng)權(quán)重集與隸屬度向量均具有歸一性時，上述運(yùn)算模型即為求和型。即按每個因素的各個等級進(jìn)行評判。如已得到等級權(quán)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(jìn)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(jìn)行的綜合評判。如已得到因素權(quán)重集和初級評判集，那么式中：為按所有因素的全部等級進(jìn)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(jié)論評判的結(jié)果按加權(quán)平均法處理，

6、那么最后的評估結(jié)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(jù)海洋環(huán)境下使用的航空發(fā)動機(jī)渦輪盤的設(shè)計、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)。熱疲勞實質(zhì)也是低循環(huán)疲勞。對于有長巡航飛行剖面的發(fā)動機(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(shè)計水平、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(shè)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(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(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評判矩陣時采用AHP法【2】，由此建立因素權(quán)重集并歸一化為：建立因素等級權(quán)重集并歸一化為：表3 因素等級權(quán)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(jìn)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(quán)重集相同的方法建立等級評判矩陣為： 即當(dāng)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(jié)論將在渦輪盤的壽命評估中需考慮的眾多復(fù)雜因素用模糊綜合評判進(jìn)行評價，較好地解決了真實渦輪盤壽命評估中復(fù)雜因素的處