噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣轉(zhuǎn)子葉片包含一個(gè)疲勞裂紋時(shí)的可靠性分析外文文獻(xiàn)翻譯、中英文翻譯

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附錄 1 外文翻譯 噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣轉(zhuǎn)子葉片包含一個(gè)疲勞裂紋時(shí)的可靠性分析 噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片包含一個(gè)疲勞裂紋的可靠性是被評(píng)估通過(guò)實(shí)際轉(zhuǎn)子葉片和螺栓孔樣品含有已知長(zhǎng)度的裂紋時(shí)的渦流探傷響應(yīng)（ECI）。這種探測(cè)閥以及檢測(cè)的概率曲線已經(jīng)被確定。使用動(dòng)態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型去量化不確定性。由于該模型包括一個(gè)渦流探傷的響應(yīng)模型，它能夠考慮到所有的與之相關(guān)的檢測(cè)數(shù)據(jù)類(lèi)型，裂紋長(zhǎng)度的最大變因素已經(jīng)由靈敏度分析測(cè)得，并通過(guò) 91%可信度的 9.93 貝葉斯因子?；诳煽啃灾笖?shù)bctrl 3 的控制水平，以及從校準(zhǔn)模型中計(jì)算得到的可性賴指數(shù)。從第一次檢查到裂紋開(kāi)始出現(xiàn)的時(shí)間間隔為 1600 小時(shí)，小于目前的 3200 小時(shí)。 1 引言: 有很多關(guān)于 J85 發(fā)動(dòng)機(jī)的第一級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片失效面導(dǎo)致的飛行中熄火事件。李在[1]中故障分析中指出：疲勞裂紋是由中心增長(zhǎng)到臨界的長(zhǎng)度，根據(jù)應(yīng)力分析，中心受到了最大的負(fù)載，并且最有可能引發(fā)裂紋。負(fù)載主要是由于離心力，當(dāng)葉以 100%的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)算出的最大應(yīng)力是 538MP。 事故發(fā)生后，每一個(gè)第一級(jí)葉片都采用渦流探傷檢查，進(jìn)行檢查，共有 53 個(gè)裂縫被發(fā)現(xiàn)，并且進(jìn)行了 ECI，由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片不單獨(dú)跟蹤，所以僅能得到壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件的累積在冀時(shí)間和大修后的工作時(shí)間。為了得到 POD 曲線和檢測(cè)值，對(duì)已知裂紋長(zhǎng)度的被馬爾可夫 蒙特卡洛鏈模擬。 在這篇論文中，對(duì)一個(gè) J85 發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮轉(zhuǎn)子含疲勞裂紋時(shí)的可靠性進(jìn)行了評(píng)估，帕斯卡定律被用作裂紋擴(kuò)展的定律，三維裂紋的壓力強(qiáng)度因子已經(jīng)使用 neartip 區(qū)域的子模型技術(shù)的有限元法來(lái)計(jì)算。因?yàn)檫@項(xiàng)工作需要的計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因素，元模型已經(jīng)建成以加快模擬。 為了捕捉到疲勞裂紋的隨機(jī)性，多種不確定定性的來(lái)源被用來(lái)研究。使用靈敏度分析與預(yù)測(cè)裂紋長(zhǎng)度分布因素已被確定并校準(zhǔn)。這種可預(yù)測(cè)裂紋長(zhǎng)度的不確定性，通過(guò)貝恩斯網(wǎng)絡(luò)來(lái)測(cè)定（量化），并且這種貝恩斯模型參數(shù)已經(jīng)校準(zhǔn)和檢測(cè)數(shù)據(jù)得到驗(yàn)證。有一種類(lèi)似的方法用于預(yù)測(cè)疲勞裂紋長(zhǎng)度。在參數(shù)[4]中，并且可以預(yù)測(cè)在結(jié)構(gòu)中包含一個(gè)應(yīng)力腐蝕裂紋的可靠性，這種可靠性被本文的作者在[6]中提出。目前的這種模式比之前 有一個(gè)巨大的提升由使用了一種 ECI 響應(yīng)模型，它能同時(shí) 收集到從無(wú)損檢測(cè)帶來(lái)的信號(hào)和噪音。 2 檢測(cè)數(shù)據(jù) 圖 1（a）展示了 J85 發(fā)動(dòng)機(jī)的第一級(jí)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，經(jīng)連接到一個(gè)使用 U 型接口的壓縮轉(zhuǎn)子軸。柄腳的放大圖于 1（b），存在于圓環(huán)中心的一個(gè)疲勞裂紋，被發(fā)現(xiàn)正在擴(kuò)大。 圖 1（a）壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片；（b）葉片柄腳的放大圖：由銷(xiāo)固定，虛線圓圈表示疲勞裂紋的位置 表 1：檢測(cè)疲勞裂紋的檢測(cè)數(shù)據(jù) 最初的檢測(cè)方法是熒光滲透檢測(cè)（FPI），檢測(cè)間隔時(shí)間為 3200 小時(shí)，由于 熒光 41 滲透檢測(cè)時(shí)，柄腳的疲勞裂紋檢查效果差，渦流探傷的方法就用于代替 FPI，ECI 測(cè)出 強(qiáng)度是裂紋長(zhǎng)度的直接反應(yīng)，檢查過(guò)程是由第一作者開(kāi)發(fā)的，并且在本文中的數(shù)據(jù)已在 他的監(jiān)督下的程序獲得，共有 53 處故障被檢測(cè)，在表 1 中第一次的渦流控傷測(cè)試都由 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的累積在翼時(shí)間和大修后的工作時(shí)間表示。由于葉片不是獨(dú)立的研究項(xiàng)目， 所以不可能了解到確切的使用時(shí)間，每過(guò) 3200 地，檢修的過(guò)程 中部分壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉片 被替換，所有的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子都已經(jīng)大修過(guò)一次或二次。因此所用時(shí)間有三種可能。第一 種可能是：一個(gè)刀片尚未檢修過(guò)程中替換；在這種情況下使用時(shí)間就等同時(shí)累積在翼時(shí) 間；第二種可能是：有一個(gè)葉片在最近的檢修過(guò)程中被替換，這種情況下，使用時(shí)間就 是大修后的工作時(shí)間；最后一種情況是一個(gè)葉片在第一次檢修中就被替換，這種情況下， 使用時(shí)間介于第一種情況和第二種情況之間。 由于檢修時(shí)間不總是精確的 3200 小時(shí)，以下的這個(gè)公式用于計(jì)算使用時(shí)間 T = Time - of - use = TSN + TSO 2 （1） 表 2：后路的意義和標(biāo)準(zhǔn)偏差的測(cè)量模型參數(shù) 基于 ECI 響應(yīng)對(duì)上述三種情況進(jìn)行了分類(lèi)，TSO 用于刀片 ECI 響應(yīng)低于 25%的情況下。這個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)于一個(gè)檢測(cè)閾值，低于該信號(hào)不能從噪聲中區(qū)別開(kāi)來(lái)。TSN 用于具有 80%以下的響應(yīng)葉片。公式（1）反映了最后一組葉片的時(shí)間。圖 2 表表示了 ECI 響應(yīng)的變化啟示錄。符號(hào)區(qū)別于三個(gè)不同的組，對(duì)數(shù)的轉(zhuǎn)換被用于穩(wěn)定方差。由于 ECI 響應(yīng)與疲勞裂紋的長(zhǎng)度線性相關(guān)，如圖 2（b）的 ECI 響應(yīng)數(shù)據(jù)與疲勞裂紋的對(duì)數(shù)曲線高度一致。 由于有 25 個(gè)第一級(jí)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，結(jié)果有至少 1272 個(gè)葉片沒(méi)有疲勞裂縫。表 1 展示的模型校準(zhǔn)，對(duì)于深傷數(shù)據(jù)是有價(jià)值的，這在 6 中被發(fā)現(xiàn)。對(duì)于沒(méi)有檢測(cè)的情況下， TSO 被用作使用時(shí)間的，因?yàn)樗_保了刀片的 TSO 最少。除了現(xiàn)場(chǎng)的檢測(cè)，還使用在實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的裂紋長(zhǎng)度已知的樣品檢測(cè)，以獲得 POD 和 ECI 響應(yīng)曲線的參數(shù)。對(duì)于這些檢查，圖 2（b）表示了 ECI 響應(yīng)與疲勞裂紋長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系。這個(gè)數(shù)據(jù)用于獲得響應(yīng)模型參數(shù)和 POD 曲線。 這種 ECI 響應(yīng)是信號(hào)與噪聲的結(jié)合。這種信號(hào)由裂紋的長(zhǎng)度，不同的材料，例如： 微結(jié)構(gòu)，不規(guī)則表面帶來(lái)的混合響應(yīng)。信號(hào)的響應(yīng)可表示為如下的模型： Ysin gal =β 0 +β1a +ε m （2） 圖 2（a）檢查時(shí)間與 ECI 響應(yīng)圖像（b）裂紋長(zhǎng)度與 ECI 響應(yīng)圖像 圖 3（a）后路的 ECI 響應(yīng)和 90%邊界閾值及噪聲 （b）POD 曲線和小于 95%的可信融賴邊界 式中的Ynoise 是信號(hào)的響應(yīng)，a 是實(shí)際的裂紋尺寸，b0 和1 是回歸系數(shù)，1 表示測(cè)試誤差系數(shù)。我們認(rèn)為1 通常分布在零和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間，噪聲的響應(yīng)由下態(tài)分布描述： Ynoise ~ N (μ  noise 2 ,σ ) noise (3) Μlnoise 和σnoise 都由噪聲的測(cè)試數(shù)據(jù)所決定。真實(shí)的 ECI 響應(yīng)是信息響應(yīng)和噪聲響應(yīng)的最大值： Y = max(Y sin gle，Ynoise ) （4） 通過(guò)圖 2（b）所給出的數(shù)據(jù)，所有的參數(shù)（在式 2 中）除了 m 都可以通過(guò) MCMC 模擬并由 winbugs 軟件來(lái)獲得。測(cè)試的結(jié)果將經(jīng)過(guò)模擬后總結(jié)于表 2 中，測(cè)量誤差σe 由于只有少量的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)而不能被準(zhǔn)確的評(píng)估，因此在儀器的使用得出的經(jīng)驗(yàn)后將其設(shè)定為圖 3（a）展示后驗(yàn)平均值和裂紋長(zhǎng)度之間的評(píng)估關(guān)系以及相應(yīng)的逐點(diǎn)雙側(cè) 90% 可信賴邊界內(nèi)，檢測(cè)閾值和后驗(yàn)噪聲平均值。 從式 2 可得葉片柄腳伴隨一個(gè)裂紋的長(zhǎng)度的響應(yīng)函數(shù)可表示為： μ（0 a）=β 0 +β1a （5） ） POD(a) = 1 -φ（ yth -μ（ a） σ signal φ（ yth -μ noise ） σ noise  (6) PCD 由噪聲干涉模型獲得： 式中的φ是標(biāo)準(zhǔn)正太分布的累積分布函數(shù) CDF，Yth 是信號(hào)和噪聲難以區(qū)分的低的檢測(cè)閾值。這個(gè)閾值通常設(shè)定成錯(cuò)誤警報(bào)出現(xiàn)的可能性較小的可以接受的值（POFA）。POFA 是導(dǎo)致接觸零件的替換裂紋噪聲信號(hào)的可能性。在這項(xiàng)工作中，yth=25%對(duì)應(yīng)于2.24%的 POFA,被用作檢測(cè)閾值，后驗(yàn)均值 POD 估計(jì)裂紋長(zhǎng)度的函數(shù)和相應(yīng)的 95 可信邊界被示于圖 3（b） 3 裂紋擴(kuò)展模型 裂紋的伸長(zhǎng)被叫做帕斯卡定律，它被廣泛用于疲勞裂紋增長(zhǎng)的概率性質(zhì)[3]，雖然帕斯卡定律有很多種的變形，但最初的形式是： (7) da = C(Δ K )m dN 式中的 a 是裂紋的長(zhǎng)度 N 是應(yīng)力循環(huán)參數(shù)，△k 是應(yīng)力強(qiáng)度因素的變化范圍，C 和m 實(shí)驗(yàn)確定的模型參數(shù)[8]。初始狀態(tài)下，a（N=0） =a0 這個(gè)微分方程能夠得到裂紋的尺寸，由含有參數(shù) N 的方程： aN 1 a N = dN = C(Δ K )m da 0 (8) 對(duì)于簡(jiǎn)單幾何的情況下，應(yīng)力強(qiáng)度因子是一個(gè)封閉的形式，但對(duì)于目前的情況， 沒(méi)有可用的封閉形式。因此，應(yīng)力強(qiáng)度因數(shù)通過(guò)有限元方法使用子模型來(lái)獲得，表 3 給出了 Ti-4Al-6V 合金材料特性，其中包括溶液處理和老化。數(shù)據(jù)從 MatWeb 的網(wǎng)站上獲得。 由圖 4 所展示的球形模型應(yīng)用于計(jì)算裂紋的周長(zhǎng)，它用于子模型的邊界條件在裂紋的尖端來(lái)獲得應(yīng)力強(qiáng)度因子，兩個(gè)輸入因素，壓力和裂紋長(zhǎng)度，用于計(jì)算位移字段和相 應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子，由于計(jì)算的一組輸入?yún)?shù)時(shí)需要很長(zhǎng)的時(shí)間，它不能有效的計(jì)算這個(gè)概率運(yùn)算的循環(huán)次數(shù)。因此，元模型用于加速計(jì)算。計(jì)算機(jī)模擬的元模型創(chuàng)建了一個(gè)能表示從基于設(shè)計(jì)的計(jì)算仿真數(shù)據(jù)表面。沒(méi)有模擬值可以快速地從元模型的表面進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此元模型大降低了分析的時(shí)間。 圖 4：粗略的球模型和細(xì)化的子模型風(fēng)格，應(yīng)力強(qiáng)度因子已經(jīng)從精制的子模型中得到。 實(shí)驗(yàn)的配置是采用了拉丁方抽樣的空間填充和 8 個(gè)不同應(yīng)力級(jí)別與 7 個(gè)不同裂紋長(zhǎng)度的風(fēng)格的混合而確定。如圖 5，應(yīng)力強(qiáng)度因素的計(jì)算結(jié)果有兩個(gè)不同的區(qū)域在1mm 長(zhǎng)度裂紋的周?chē)?，這里裂縫寬度達(dá)到了柄腳的厚度。據(jù)發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)點(diǎn)的風(fēng)格化適宜于應(yīng)力強(qiáng)度因子變化緩慢的區(qū)域從超立方抽樣配置適合正確的應(yīng)力強(qiáng)度因子的變化速度，因?yàn)楂@得點(diǎn)提供了更多的約束，這能有效的防止表面波浪化的出現(xiàn)。插值方程通過(guò)使用了統(tǒng)計(jì)軟件包 JMP 的高斯回歸方程來(lái)獲得。 4 不確定性和敏感分析 疲勞裂紋的長(zhǎng)度預(yù)測(cè)具有很多的不確定性。圖 6 是主要的不確定性來(lái)源，材料的易變性是不確定性的內(nèi)在根源，它使得裂紋長(zhǎng)度和無(wú)損評(píng)價(jià)測(cè)量的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確。在這項(xiàng)研究中，參數(shù) c 和 m 以及 ECI 中的噪聲決定了材料的可變化性。環(huán)境的不確定性包括了不確定性的外部來(lái)源，承載量（載荷）是這類(lèi)因素中最重要的幾個(gè)之一，重復(fù)或循環(huán)的起飛巡航或作戰(zhàn)任務(wù)加速了渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片退化。第一級(jí)壓縮轉(zhuǎn)子葉片承受著反復(fù)的彎曲，彎曲發(fā)生 的其中一個(gè)根源就是通過(guò)轉(zhuǎn)子葉片后的定子葉片。很多其它因素如溫度和腐蝕性物質(zhì)在疲勞腐蝕中也很重要，但此外不予以考慮。測(cè)量中同樣有不確 定性的影響。測(cè)量值的誤差包括設(shè)備的變化，檢查人員的差異性及部件本身。此外由設(shè)備引起的不確定性和材料不同引起的噪聲的不確定性被研究并在第二部分描述。 圖 6：展示導(dǎo)性疲勞增長(zhǎng)來(lái)源的魚(yú)骨圖 靈敏度分析已進(jìn)行區(qū)分應(yīng)校準(zhǔn)模型的不確定因素。靈敏度指數(shù)（SIS）已經(jīng)通過(guò)使用 Sobol 的方法分解，并且基于方差的方法評(píng)估了過(guò)程[9,10]由于 裂紋長(zhǎng)度 N 分布的演變?yōu)橹芷谠黾?S1 在不同的循環(huán)中獲得。 附錄 2 外文原文 44