基于代理模型的广布疲劳损伤的概率损伤容限分析

摘要

自阿罗哈事故后，广布疲劳损伤问题得到了航空界的广泛关注。广布疲劳损伤中的多部位损伤问题涉及多条裂纹间的相互作用，传统的损伤容限分析方法已不再适用。本文开展了针对多部位损伤问题的概率损伤容限分析方法的研究，并据此编写广布疲劳损伤敏感结构的随机失效寿命计算仿真程序，计算广布疲劳损伤平均行为及检修时刻；为了克服程序仿真计算量大，时间成本高昂的缺点，建立了多项式响应面代理模型和高斯过程回归代理模型，降低计算成本，为不确定性传递分析和敏感性分析提供高效工具；基于以上理论和实践，编制了适用于工程实际的广布疲劳损伤的概率损伤容限分析软件平台。　　本文主要研究内容及结论如下：　　首先，基于试验数据，考虑裂纹的萌生位置和萌生次序的随机性建立广布疲劳损伤敏感结构的随机裂纹萌生模型，考虑裂纹扩展参数的随机性建立广布疲劳损伤敏感结构的随机裂纹扩展模型。基于以上模型，并通过对Abaqus的二次开发计算随机裂纹扩展模型所需的应力强度因子，建立广布疲劳损伤敏感结构的随机失效寿命计算仿真程序。以单排共线七孔板为算例，验证该程序在计算广布疲劳损伤平均行为和检修时刻方面的可行性，为广布疲劳损伤的概率损伤容限评估提供了有效工具。　　其次，基于拉丁超立方抽样法和广布疲劳损伤的随机失效寿命计算仿真程序建立训练集，采用多项式响应面法和高斯过程回归法建立代理模型，在此基础上使用Python语言编写代理模型构建程序。计算实例以最大应力水平Smax、裂纹萌生参数m和裂纹扩展参数n作为设计变量，以广布疲劳损伤平均行为（既随机失效寿命的对数均值）作为模型输出，建立代理模型并验证了代理模型的准确性，并基于所建立的代理模型进行不确定性传递分析与敏感性分析，有效降低了进行广布疲劳损伤的概率损伤容限评估的计算成本，并扩展了广布疲劳损伤概率损伤容限评估的内涵。　　最后，建立了广布疲劳损伤的概率损伤容限评估软件平台，实现了方便快速的广布疲劳损伤的概率损伤容限评估，为工程实际风险提供了高效便捷的分析评估工具。

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