参数化仿真在机构可靠性分析中的应用

发布时间：2017-05-02 21:00

  本文关键词：参数化仿真在机构可靠性分析中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可靠性是指产品在规定时间和规定条件下完成规定功能的能力，是产品质量特性的重要组成部分。由于可靠性指标未达到要求而导致产品提前失效的现象在航空、航天、机械、船舶等工程领域中普遍存在。 曲柄连杆机构属于汽车内燃发动机的核心传动部件。在发动机运行过程中，，机构中的活塞顶部受到不断变化的气体压力作用，推动活塞在气缸内进行反复运动，从而推动连杆带动曲柄绕曲柄轴中心进行旋转运动，对外传出动力。曲柄连杆机构在工作过程中受到多种载荷的作用，有轴力、弯矩、扭矩、惯性力等作用，形成了复杂的组合力作用。为保证机构在工作周期内不发生失效现象，进行可靠性分析和设计是需要关注的重点问题。机械类产品进行可靠性试验成本高、周期长，利用数值仿真方法可以很好的解决这个问题。 本文通过对曲柄连杆机构进行可靠性数值模拟仿真，形成了一套完整的以参数化建模仿真为基础的可靠性分析流程。该流程针对以往可靠性确定性仿真分析，可以大幅度降低计算成本，同时该方法对于其它机构可靠性分析具有一定通用性。本文的研究内容如下： (1)建立参数化仿真流程。对曲柄连杆机构进行参数化几何建模和网格划分，考虑机构的柔性对仿真结果的影响，对曲柄和连杆部件进行柔性体的生成。对该刚柔耦合模型进行动力学仿真分析，得到曲柄连杆机构在真实工作状态下的受力情况。对曲柄连杆机构进行有限元分析，得到机构在工作循环中不同时刻的应力分布情况，得出机构易失效部位，进行强度可靠性评估。同时根据载荷-时间历程，对机构进行疲劳可靠性评估。整个分析过程运用程序语言和软件自带语言进行编写，利用过程集成软件将流程进行打包处理。采用批处理计算方法，在计算机后台进行程序运行，从而提高计算效率。 (2)确定曲柄连杆机构中相关随机变量参数的分布情况，对变量进行解析和参数映射，同时确定机构响应。利用描述性采样方法进行变量抽样，最后采用蒙特卡洛方法进行曲柄连杆机构强度和疲劳可靠性分析，得到机构可靠度和相关随机变量的灵敏度分析，从而为机构进一步的可靠性设计提供依据。
【关键词】：参数化 曲柄连杆机构 可靠性 数值模拟
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112;TB114.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究意义9-11
• 1.2 可靠性技术的研究现状11-12
• 1.3 虚拟样机技术的研究现状12-14
• 1.4 本文的研究内容14-17
• 第2章 可靠性分析理论基础17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 可靠性分析数学基础17-20
• 2.2.1 概率统计基本概念17-18
• 2.2.2 可靠性问题中常用的概率密度函数18-20
• 2.3 可靠性分析方法20-26
• 2.3.1 一次二阶矩法21-22
• 2.3.2 点估计方法22-23
• 2.3.3 蒙特卡洛数字模拟法23-26
• 2.4 典型系统可靠性模型26-28
• 2.4.1 串联系统可靠性模型26-27
• 2.4.2 并联系统可靠性模型27
• 2.4.3 混联系统可靠性模型27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第3章 基于干涉模型的机构强度可靠性分析29-49
• 3.1 引言29
• 3.2 强度可靠性分析理论29-31
• 3.3 应力分析计算31-38
• 3.3.1 几何模型建立32
• 3.3.2 网格划分与柔性体建立32-34
• 3.3.3 动力学仿真分析34-36
• 3.3.4 有限元仿真分析36-38
• 3.4 强度可靠性分析计算38-47
• 3.4.1 随机变量的分布39-40
• 3.4.2 随机变量的输入和映射关系40-42
• 3.4.3 响应的选择与变量的输出42-43
• 3.4.4 强度可靠性分析结果43-45
• 3.4.5 可靠性灵敏度分析结果45-47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 基于累积损伤模型的机构疲劳可靠性分析49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 疲劳可靠性分析理论49-53
• 4.2.1 疲劳计算公式49-51
• 4.2.2 雨流计数法51-52
• 4.2.3 Miner 疲劳累积损伤模型52-53
• 4.3 疲劳可靠性分析计算53-58
• 4.3.1 随机变量的分布53-54
• 4.3.2 响应的选择与变量的输出54-55
• 4.3.3 疲劳可靠性分析结果55-57
• 4.3.4 可靠性灵敏度分析结果57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-65
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文65-67
• 致谢67

【参考文献】

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本文编号：341647