● 摘要
涡轮盘是航空发动机核心部件之一,传统确定性设计方法忽略了设计变量的随机性,重量分配不合理,虽采用大安全系数,但事实上并不能保证涡轮盘的高可靠性,还造成重量浪费,不利于提高发动机性能。因此在涡轮盘的设计中概率分析得到一定程度应用,并且根据涡轮盘结构概率设计方法的要求,形成并完善了涡轮盘结构概率设计流程。为了能更有效,更直观的将这套流程应用到实际设计工作中,本文在涡轮盘结构概率设计流程基础上,设计开发了一套以此流程为设计主线的涡轮盘结构概率设计系统(T-PDS)。通过拆解涡轮盘结构概率设计流程,分析系统需要实现的功能,本文建立了系统顶层功能模型,并通过业界标准的软件设计过程经由系统设计要求分析、详细设计、接口/集成设计等过程旨在将T-PDS系统建立成为一个具有高可扩展性、高实用性的CAD系统。本文主要阐述了在设计过程中重点关注的发动机各典型失效模式的概率分析模块与设计决策功能模块的设计过程,以静态建模、动态时序设计等设计手段详尽阐述了设计方案,并以此为依据进行了后台数据库的设计与实现。本文最后以两种发动机涡轮盘典型失效模式的概率分析为例,描述了T-PDS系统的操作过程并验证了系统的分析有效性。之后以低循环疲劳失效的概率设计过程为例验证了系统的设计有效性,并通过对比原轮盘设计方案展现了概率设计的强大潜力。论文最后阐述了系统集成的必要性与优势,并通过实际界面展示了集成功能与系统操作之间的紧密耦合,验证了系统的是具有高实用性、可扩展的CAD软件系统。
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