基于响应面方法的汽轮机叶片静动频概率设计及敏感性分析

摘要

考虑随机因素的影响,对叶片的固有振动特性进行概率分析和设计是叶片动强度可靠性设计的基础。文中以某试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)和转速的随机性,通过有限元参数化建模。将确定性有限元方法(FEM)、响应面方法(RSM)和Monte-Carlo模拟法相结合,从而获得了叶片静频、动频的统计特性和累积分布函数;同时考虑随机变量的梯度和离散范围对静、动频的影响,通过概率敏感性分析,定量地判断出叶片静、动频对随机输入变量的敏感性;通过绘制叶片静、动频与输入变量的散点图,定量地分析了如何改变随机变量以调整静、动频率的方法。计算结果表明,FEM-RSM-Monte Carlo方法计算量小,速度快,拟合精度高,是叶片动强度可靠性分析的可选方法。