基于响应面方法的汽轮机叶片概率强度设计及敏感性分析

为了满足叶片高可靠性设计的要求,需考虑随机因素的影响成。文中以某实验台用汽轮机等直叶片为研究对象,考虑几何参数(包括长度、宽度、厚度)、材料参数(弹性模量,密度)和载荷参数的随机性,对其进行有限元参数化建模,并将确定性有限元方法、响应面方法和Monte-Carlo模拟法相结合,通过有限次有限元的计算构造出用于拟和响应面函数的样本,进而用二次多项式对样本进行回归分析,获得叶片结构响应(最大应力、最大变形)与随机变量之间的近似解析表达式;将该表达式代替有限元模型,利用Monte-Carlo模拟法得到结构响应的统计参数和累积分布函数,进而对叶片进行可靠性分析和概率强度设计;引入概率敏感性分析方法,同时考虑了随机变量的梯度和离散范围对结构响应的影响,通过统计显著性检验,定量地判断出随机输入变量对结构响应的影响程度;通过对结构响应与随机输入变量散点图的分析,得出如何改变随机变量以提高叶片的可靠度。结果表明,该方法计算量小,速度快,拟和精度高。