往复式压缩机的可靠性分析与数字化研究方法

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1、分类号UDC作者姓指导教申请学学科专论文提学位授评阅人ADissertationinMachineDesignandTheoryMethodofReliabilityAnalysisandDigitalStudyforReciprocatingCompressorByChenPengfeiSupervisor：ProfessorSunZhiliNortheasternUniversityNovember2009㈣8iiiii■■ImⅢⅢ，，jjjj●■I雌7iiii●■_洲Y独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其

2、他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢=6二思。学位敝作者虢韵。魄日期：伊7耳7碉乡口目学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：学位论文作者签名：骼嗣易椎聊签名：蚀袁抄签字日期：砂甲净J强易。切签字日期：训7，慨乡秽东北大学博士

3、学位论文摘要往复式压缩机的可靠性分析与数字化研究方法摘要大型机械产品广泛应用于国民经济的各个部门，它们的可靠性、经济性和安全性是一个国家机械工业发展状况和水平的标志。目前，国内安全生产的形势依然严峻。由于大型设备发生故障，而导致重大经济损失，甚至造成人身伤亡的严重事故，不胜枚举。同时，制造业市场的竞争愈演愈烈，产品的设计、试验、生产及投入市场的周期是相关企业生存和发展的关键。如何迅速、快捷地设计出经济、可靠的机械类产品，始终是工程科技人员全力研究的重点内容。往复式压缩机具有压力范围广、热效率高、适应性强等特点，是化工合成和石油开采等领域必不可少的关键设备。由于其结构庞大、设计周期长、制造

4、费用高昂等原因，导致目前产品在可靠性、经济性和灵活性等方面存在的问题同益突出。而且，此类机械产品大都是小批量，甚至单件生产，难以完成大样本的试验研究；同时，用户的需求多变，需要能够快速地响应市场。因此，对此类机械产品开展可靠性分析、敏捷化设计和虚拟可靠性试验研究的工作具有现实意义。本文以大型往复式压缩机产品为研究对象，将可靠性理论与计算机技术相融合，提出了机械数字化研究的理念，分别从分析、设计和仿真三个方面展开研究；同时，在分析研究的基础上，对压缩机的局部结构进行了改进，通过理论计算和ANSYS仿真分析两种手段，验证了改进后结构的合理性和有效性。论文具体的研究工作如下：(1)开发了往复式

5、压缩机设计计算的程序平台。该平台基于VC++编程语言，结合Matlab软件，将原本复杂繁琐的热力学与动力学计算变得简单、易行，并且能够迅速、准确地获得各项设计数据和各种载荷曲线，为关键零部件的强度校核和设计系统、仿真系统的建立提供基础。(2)开发了关键件可靠性灵敏度分析的程序平台。以经典的强度校核理论为基础，考虑到各种设计参数(尺寸公差、材料属性和加工工艺等)的随机性，建立关键零部件可靠性灵敏度分析的数学模型；以VC++6．0为开发环境，实现分析过程的可视化和程序化。该平台能够以概率的形式定量给出压缩机关键件的可靠性评价指标，给出各种设计参数对可靠度的影响程度，为合理地选择和控制设计参数

6、提供指导。(3)开发了往复式压缩机的参数化设计系统。该系统基于Pro／E软件和Pro厂roOLKIT二次开发工具包，全面接收设计计算平台和可靠性分析平台中确定的设计参数，快速构造和修改零件、产品模型，快速生成符合要求的零件和产品工程图。因此，．II．东北大学博士学位论文摘要能够极大地提高设计效率，避免人为设计过程中信息的遗漏。同时，本文将Pro／E中的“YOUT(布局)功能与其二次开发技术相结合，成功解决了装配体模型的参数化设计问题，从真正意义上实现了机械产品设计的智能化和敏捷化。(4)开发了往复式压缩机的虚拟可靠性试验系统。利用设计好的三维零件和产品模型，基于vC++编程技术，采用AN

7、SYS／LS．DYNA软件结合APDL二次开发语言，搭建虚拟试验的系统平台。考虑到制造、装配的误差和材料属性的随机性对机械系统寿命可靠性的影响，对压缩机的传动机构进行动态的虚拟仿真，获得关键零部件的虚拟试验数据：分析数据的分布类型，计算关键件的可靠度，从而考核整个传动系统的可靠性。此外，为解决多因素耦合作用结构的强度分析问题，对压缩机的活塞杆进行虚拟试验研究；基于响应面方法分析虚拟试验数据，建立极限状态方程，计算活塞杆的疲劳强度可靠