Vibration Probability Analysis of Aero-Engine Blades Based on Double Response Surface Method

Journal of Propulsion Technology ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (4): 918-924.

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Vibration Probability Analysis of Aero-Engine Blades Based on Double Response Surface Method

School of Mechanical and Power Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China,School of Mechanical and Power Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China,People’s Liberation Army Navy Unit 91630 in Guangzhou，Guangzhou 510000，China,School of Mechanical and Power Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China,School of Mechanical and Power Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China and School of Mechanical and Power Engineering，Harbin University of Science and Technology，Harbin 150080，China

Published:2021-08-15

基于双重响应面法的航空发动机叶片振动概率分析

张春宜¹,刘令君¹,孙旭东²,路成¹,宋鲁凯¹,魏文龙¹

哈尔滨理工大学机械动力工程学院，黑龙江哈尔滨 150080,哈尔滨理工大学机械动力工程学院，黑龙江哈尔滨 150080,中国人民解放军海军广州91630部队，广东广州 510000,哈尔滨理工大学机械动力工程学院，黑龙江哈尔滨 150080,哈尔滨理工大学机械动力工程学院，黑龙江哈尔滨 150080,哈尔滨理工大学机械动力工程学院，黑龙江哈尔滨 150080

作者简介:张春宜，男，教授，博士，研究领域为机械设计、可靠性工程及优化设计。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51275138)；黑龙江省教育厅科学基金(12531109)。

Abstract

Abstract: In order to study the more accurate reliability of aero-engine blades when through out the region of resonance speed and occurred a short time resonance，considering the failure caused by common cause (the failure of stress and deformation caused by one factor of blade vibration)，the double response surface method was proposed. The blade maximum deformation and stress were obtained through the modal analysis and harmonic response analysis. Selected the density，speed and aerodynamic force as input variables and deformation and stress as output response，the response surface mathematical model of the blade maximum deformation and stress was established. The blade reliability was obtained based on considering the speed，the aerodynamic force and material density. The results show that the reliability is 99.14% when the mean of blade allowable deformation is 2.45mm and variance of blade allowable deformation is 0.0368mm，the mean of blade allowable stress is 540MPa and variance of blade allowable stress is 8.1 MPa. Compared with the Monte-Carlo method ，the feasibility and effectiveness of the double response surface method are validated when the blade occurs a short time resonance.

Key words: Reliability analysis；Aero-engine blades；Resonance；Common cause failure；Double response surface method

摘要： 为了更精确地研究航空发动机叶片通过共振转速区发生短时间共振时的可靠性，在考虑共因失效(由振动一种因素引起的叶片变形和应力失效)的基础上，提出了航空发动机振动可靠性分析方法的双重响应面法。通过模态分析和谐响应分析得到叶片的最大变形和最大应力，选取密度、转速和气动力为输入变量，变形和应力为输出响应，建立了叶片最大变形和最大应力的响应面数学模型，在考虑转速、气动力、材料密度的基础上，得出了叶片的可靠性。分析结果表明:当叶片的允许变形量均值为2.45mm，方差为0.0368 mm，许用应力均值为540MPa，方差为8.1 MPa时，可靠性概率为99.14%。通过与Monte-Carlo法进行比较，验证了双重响应面方法在叶片发生短时间共振中的可行性和有效性。

关键词: 可靠性分析；航空发动机叶片；共振；共因失效；双重响应面法

ZHANG Chun-yi¹,LIU Ling-jun¹,SUN Xu-dong²,LU Cheng¹,SONG Lu-kai¹,WEI Wen-long¹. Vibration Probability Analysis of Aero-Engine Blades Based on Double Response Surface Method[J]. Journal of Propulsion Technology, 2017, 38(4): 918-924.

张春宜,刘令君,孙旭东,路成,宋鲁凯,魏文龙. 基于双重响应面法的航空发动机叶片振动概率分析[J]. 推进技术, 2017, 38(4): 918-924.

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基于双重响应面法的航空发动机叶片振动概率分析

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