基于bp神经网络叶片共振频率与疲劳寿命研究

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1、第52卷第6期汽轮机技术V0l_52No．62010年12月TURBINETECHNOLOGYDec．20l0基于BP神经网络的叶片共振频率与疲劳寿命研究赵兵兵，程礼，高潮(1空军工程大学工程学院，西安710038：2西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，西安710049)摘要：通过K417材料标准试片振动疲劳试验研究了叶片共振频率与疲劳寿命的关系，根据共振频率随循环次数的变化定义了试片疲劳破坏的3个阶段，并用BP神经网络对试验数据进行拟合，网络训练、测试结果较为准确，说明在少量参数的情况下，可以用神经网络对试验情况进行模拟，从而减少试验次数。用共振频率定义了试片的疲劳

2、损伤参量。计算结果表明疲劳损伤参量的变化能较准确地描述试片的疲劳破坏过程，共振频率可作为监测叶片疲劳损伤的重要参量。关键词：疲劳损伤；共振频率；寿命预测；神经网络分类号：0322文献标识码：A文章编号：1001-5884(2010)06-0440-03StudyofResonantFrequencyandFatigueLifeofBladeBasedonBPNeuralNetworkZHAOBing—bing，CHENGLi，GAOChao(1AirForceEngineeringUniversity，Xi’an710038，China；2StateKeyLaboratory

3、forManufacturingsystemsEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Therelationbetweenresonant~equeneyandfatiguelifeofbladewasinvestigatedthroughK417materialstandardspecimensfatiguetest，bywhichthe3phasesoffatiguedamageweredefined．TheBPnetworkwasestablishedthroughthetestdat

4、aandtheresultshowsthattheBPnetworkcouldwellsimulatethenonlinearbehaviorandbeusedtosimulatethetestinordertosavetime．Afatiguedamageparameterwasproposedusingtheresonant~equencyandtheresultindicatedthatitcouldwelldescribethefatiguedamageprocessofthespecimen．Resonantfrequencycouldbeusedasanimpor

5、tantparametertoinspectthefatiguedamageofblade．Keywords：fatiguedamage；resonantfrequency；lifetimeprediction；neuralnetworks疲劳寿命是指在循环应力或应变作用下，试样疲劳破坏0前言前所经历的循环次数。用频率法测量试片的疲劳寿命，其工作频率，即系统的共振频率决定于系统的质量与刚性，一转子叶片是发动机结构件中的关键零部件，由于其为高般可简单表示为：速旋转的动部件，数量多、形体单薄、载荷状况严酷、工作环1境复杂，一直是发动机使用过程中故障率最高的零部件之／寺√(1)lJ

6、J一其中，m为系统质量；为系统的刚度系数。。叶片故障引起的事故往往是灾难性的，会造成巨大的损失。葛永庆研究了裂纹参数对叶片固有频率的影响。由于系统冈性与系统的柔度间具有相应的关系，一般来刘晓波基于有限元方法对转子叶片裂纹故障进行了研究。说，增加质量，将会降低共振频率；而增加试片的刚性，则会叶片产生疲劳裂纹后，裂纹的存在通常会影响其动态响增大共振额率。因此，当载荷、系统质量、试片材料尺寸给定应与共振频率值，因此通过监测共振频率变化来研究叶片的时，共振频率将是试片刚性系数k的函数，可表示为：疲劳寿命以及疲劳损伤程度是可行的。本文通过K417材料f=F(K)(2)标准试片疲劳寿命试

7、验研究了叶片共振频率与疲劳寿命的另一方面，对于一定几何尺寸的试样，刚度系数与试片关系，并用BP神经网络对试验结果进行拟合。为定量描述疲劳裂纹的产生及扩展有着直接的关系(当然也与系统的受试片的疲劳损伤，用共振频率定义了试片的疲劳损伤参量。力状态有关)，而疲劳裂纹决定了试片的疲劳寿命，因此试片刚度系数与疲劳寿命的关系可一般的表示为：1叶片疲劳寿命试验K=G(N)(3)因此，最终可建立起共振频率与疲劳寿命之间的函数关1．1试验原理系：收稿日期：2010~3-29基金项目：国家“863”计划项目(NO．2007