作為航空發動機的關鍵旋轉部件，轉子系統長期工作在高溫、高壓、高速的惡劣環境下，需要滿足長壽命、輕量化、高可靠性等一系列苛刻而矛盾的指標。在多場載荷、材料屬性、模型參數等多重隨機因素的影響下，轉子系統的應力應變、疲勞壽命等響應往往會表現出較大的分散性，其精細化失效評估和可靠性分析已成為先進航空發動機研制中的關鍵技術。本論文首先討論了當前常用的可靠性分析方法及其建模思路，介紹了幾種前沿的代理模型方法；然后，以某典型渦輪轉子系統為例，分析了當前幾種常用可靠性分析方法的優缺點和局限性。分析結果表明代理模型方法在高精度預測性能、無需大規模仿真計算等方面具備較大潛力，指出了抽樣技術、模型形式、構建策略是影響代理模型精度和效率的關鍵關節，從而為代理模型方法在轉子系統可靠性分析中的應用指明了未來的發展方向。

引用格式:X.Q. Li, L.K. Song, G.C. Bai. Recent advances in reliability analysis of aeroengine rotor system: a review [J].International Journal of Structural Integrity, 2022, 13(1): 1-29. 1）近似解析法/數字仿真法：該綜述系統地介紹了一次可靠性法、二次可靠性法等近似解析方法和以蒙特卡洛法為代表的數字模擬方法。對于航空發動機轉子系統可靠性分析問題，近似解析法存在難以精準逼近概率密度函數尾部特征的缺陷，數字仿真法因需大量調用真實非線性極限狀態函數而易于陷入計算效率低的困擾。圖1給出了兩種方法詳細的可靠性分析流程。

圖1近似解析法和數字模擬方法的可靠性分析流程 2）代理模型法：構建精準高效的數學模型來代替高維、非線性的隱式極限狀態函數是解決航空發動機轉子系統等復雜結構可靠性分析問題的重要途徑。首先概述了多項式函數、Kriging模型、支持向量機、BP神經網絡等傳統代理模型，給出了其建模過程和分析原理；然后，從抽樣技術、模型形式、構建策略等角度出發，分別介紹了主動學習技術、模糊神經網絡、小波網絡回歸、優化Kriging、極值選取策略、分布式協同策略等幾種較為前沿的代理模型，指明了代理模型方法潛在的研究方向。

圖2幾種先進的代理模型

3）渦輪轉子系統可靠性分析：在流-固-熱等多個物理場的耦合作用下，渦輪轉子的葉根、輪緣、盤心等部位會產生低循環疲勞、高循環疲勞、高溫蠕變等多種失效模式，其可靠性分析是涉及多物理場耦合、多種失效模式的復雜分析問題。本文以某典型渦輪轉子系統為例，利用幾種前沿代理模型方法對其可靠性及可靠性靈敏度進行分析和評估，總結了各種代理模型方法在渦輪轉子系統可靠性分析中的優缺點。圖3給出了基于代理模型的渦輪轉子系統可靠性分析流程。

圖3渦輪轉子系統可靠性分析

論文主要結論及展望如下：

本文系統地介紹了近似解析法、數值仿真法和代理模型法等三類常見的可靠性分析方法，討論了各類方法的優缺點、局限性和適用范圍，指出了代理模型方法在涉及復雜高非線性隱式功能函數的可靠性分析問題中的優越性，為使用代理模型方法解決航空發動機轉子系統可靠性分析問題提供了具有借鑒意義的指導。

此外，本文從計算精度和計算效率出發，凝練了決定代理模型效能的三個關鍵建模環節：抽樣技術、模型形式、構建策略。通過對各建模環節涌現出多種較為前沿的可靠性方法進行了深入探討，指明了通過對抽樣技術、模型形式、構建策略的有機組合，可以在保證計算精度的前提下有效降低建模成本。對于航空發動機轉子系統等復雜結構可靠性分析問題來說，如何圍繞這三個關鍵的建模環節進一步提升航空發動機轉子系統可靠性分析的可信度值得進一步研究。

期刊簡介:《International Journal of Structural Integrity》(IJSI)為英國Emerald出版集團與歐洲航空科學網絡(EASN)、歐洲結構完整性協會(ESIS)聯合出版，是國際結構完整性領域前沿理論、創新方法與技術應用的重要學術交流平臺。國際結構完整性雜志旨在匯集重大工程/裝備結構完整性、可靠性與損傷容限領域的學術和工業應用研究，內容涵蓋先進/工程材料到結構的強度、損傷、疲勞與斷裂、可靠性、安全性、耐久性等研究。