PDS的往复泵泵阀阀盘的可靠性分析.pdf

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1、l匐化基于ANSYS／PDS的往复泵泵阀阀盘的可靠性分析Re¨ab¨ltyanalysisforreciprocatingpumpvalvediscbasedonANSYS，PDS裴峻峰，黄显茹，陈园丽，代云聪PElJun．feng，HUANGXian．ru，CHENYuan—li，DAlYun．cong(常州大学机械工程学院，常州213016)摘要：为了验证阀盘的可靠性，结合阀盘的实际结构和和受力情况，运用ANSYS建立了阀盘有限元模型并进行应力计算，再根据应力一强度干涉理论，建立极限状态函数，利用ANSYS／PDS模块，选用蒙特卡罗(Monte

2、Carlo)法对BW-250型往复泵泵阀阀盘进行强度可靠性分析。结果表明：阀盘可靠度为99．89％，其中阀盘直径和锥角对其可靠性影响最大。同时也表明运用该方法对阀盘进行可靠性分析是可行的，为阀盘的可靠性设计提供了新思路，具有一定工程应用价值。关键词：往复泵；泵阀；阀盘；可靠性分析；ANSYS／PDS模块；蒙特卡罗中图分类号：TH321；TH123+．4文献标识码：B文章编号：1009-0134(2014)05(下)一0063—03Doi：10．3969／J．1ssn．1009-0134．2014．05(下)．180引言产品的生产成本。在进行机械可靠

3、性分析时，根据机械零件性能的相关因素x，x，⋯，x(如零件几阀盘是往复泵泵阀的关键零件之一，它在泵何尺寸、材料特性、载荷状态等)建立极限状态的工作中是主要的承力零件⋯，其工作性能的好坏函数：直接关系到泵能否正常运转。阀盘在流体压力的Z=厂(，，⋯，Xn)作用下下落与阀座接触，产生阀盘对阀座的冲击通常在机械产品中，零件(部件)的正常还是失力，该冲击力对阀盘或阀座材料的应力值带来一效决定于零件强度和载荷应力的关系。若将随机定的影响，从而引起阀盘的失效，导致泵无法正变量X，X：，⋯，x考虑为零件强度R和载荷应力S，常工作。随着工业技术的需求，往复泵向高速

4、、则极限状态函数简化为：大功率方向发展，于是对阀盘的工艺和结构都进行了改进，对其工作性能提出了更高要求。阀盘Z=R——S上述模型称为应力一强度干涉模型M。该模型是的传统设计是根据阀盘的强度计算确定其几何尺合理建立应力与强度之间的的概率设计数学模型，寸，然后校核其强度，只要满足最大应力小于许控制机械产品失效概率，以达到产品设计要求。用应力则认为是安全的。这种方法具有一定的的经验性和盲目性，造成材料使用不合理，以至于1。2蒙特卡罗法材料成本过高。针对上述问题，本文采用ANSYS／蒙特卡罗(MonteCarlo)方法是概率统计中PDS设计分析模块，将阀盘

5、的几何尺寸、材料参数最常用的基本方法，可直接用于模拟各种工程以及载荷等作为随机变量参数，采用蒙特卡罗法，真实过程。它的基本思想是建立概率统计数学模应用应力一强度干涉理论，对阀盘的可靠性进行了型，考虑模型中应包含的风险变量，收集有关风计算，对阀盘的设计提供了重要的指导意义。险变量数据，确定其分布规律，根据分析精度要求确定抽样次数N，选择抽样方法(直接抽样法或1可靠性设计基本理论及方法拉丁抽样法)产生随机数，根据产生的随机数，1．1可靠性基本理论在各风险变量的概率分布中随机取值代入到建立机械可靠性设计是分析产品的失效概率，它的数学模型中计算，得到N个目

6、标值，对其进行统把随机方法(概率论和数理统计)应用于工程设计计算，为进行可靠性分析做好准备。计，不仅能弥补传统设计方法上存在的一些不1．3ANSYS／PSD可靠性分析实现足，并且能有效提高产品设计水平和质量，降低ANSYS／PDS概率分析模块可用于评估输入参收稿日期：2014-01-05基金项目：国家自然科学基金项目(51175051)作者简介：裴峻峰(1954一)，男，江苏宜兴人，教授，博士，主要研究方向为石油石化装备可靠性与故障诊断。第36卷第5期2014—05(下)【63】l生匐似数的不确定性对于系统响应的影响行为及其特性l。它不仅能计算得到

7、较为准确的可靠度，还能分析得出结构设计参数对可靠度的敏感性，具体实现步骤’为：1)创建完整的分析文件；2)进入PDS模块并指定分析文件；3)定义随机输入和输出变量：4)选择概率设计分析方法；图2阀盘有限元模型5)执行概率设计分析所需要的循环；6)查看概率设计结果。2阀盘的可靠性分析2．1问题描述本文以BW一250型往复泵泵阀为例，图1为泵阀结构简图，其工作条件为：功率为15kW，冲次为116次／min，流量为145L／min，压力为4．5MPa。阀盘的材料为38CrMoA1，其屈服极限为835图3等效应力分布图MPa。阀盘的运动分为两个阶段，即非关

8、闭状态2．2可靠性分析和关闭状态，其中关闭阶段是阀盘与阀座碰撞接阀盘在工作中承受的最大应力不允许超过选触的一个过程，它主要