高压注射泥浆泵的疲劳可靠性分析及寿命预测

发布时间：2017-07-18 15:05

  本文关键词：高压注射泥浆泵的疲劳可靠性分析及寿命预测

  更多相关文章： 泥浆泵 曲轴连杆 静力学分析 多柔体动力学 疲劳可靠性 疲劳寿命

【摘要】：曲轴连杆是泥浆泵动力端中最重要的零部件，其结构参数决定着整个泥浆泵的尺寸和重量，其结构强度决定着整个泥浆泵的承载能力，其疲劳寿命决定着整个泥浆泵的疲劳寿命。曲轴连杆在工作中受到反复的交变载荷而容易产生疲劳破坏，由于疲劳破坏没有明显的宏观塑性变形，当其损伤达到临界状态，往往发生突变式的断裂，造成灾难性的事故，引起巨大的经济损失。因此对泥浆泵动力端曲轴连杆进行疲劳强度和寿命分析，对于防止机械疲劳断裂事故的发生，提高泥浆泵的使用寿命和设计水平都要重要的意义。 运用刚体平面运动学理论对泥浆泵动力端进行受力分析，得到曲轴连杆在泥浆泵吸液、排液周期的作用力变化曲线，结合PROE建立曲轴连杆的三维模型，综合利用有限元软件ANSYS、Patran/Nastran和动力学软件Adams对曲轴连杆进行静力学分析、模态分析和多柔体动力学分析，，找出曲轴连杆的危险部位，获得曲轴连杆的应力—时间历程曲线，并导出疲劳载荷谱。在此基础上，运用疲劳可靠性设计理论对曲轴连杆进行了疲劳可靠性分析，利用MSC.Fatigue软件对曲轴连杆进行了疲劳寿命分析。最后综合现阶段泥浆泵曲轴连杆设计过程和工程实践中发生的断裂事故，探讨了提高曲轴连杆疲劳寿命的措施。 仿真结果表明：在连杆大头和杆身的过渡圆角处、曲轴的主轴颈过渡圆角处均存在较严重的应力集中，且应力集中处的应力远远小于材料的屈服强度极限，符合静强度设计要求，但在交变应力作用下容易产生疲劳断裂，是曲轴连杆的危险部位，在应力集中处，曲轴连杆的疲劳可靠性和疲劳寿命最低，此处的疲劳可靠度和疲劳寿命决定了曲轴连杆的整体疲劳可靠度和疲劳寿命。仿真结果和动力端曲轴连杆常见的断裂部位相吻合，证实了仿真结果的正确性，为进一步对曲轴连杆的设计和改进提供了依据。
【关键词】：泥浆泵 曲轴连杆 静力学分析 多柔体动力学 疲劳可靠性 疲劳寿命
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景和意义9
• 1.2 泥浆泵国内外研究现状9-13
• 1.2.1 泥浆泵国内外发展现状9-11
• 1.2.2 动力端曲柄连杆机构疲劳国内外研究现状11-12
• 1.2.3 疲劳寿命预测方法12-13
• 1.3 本文研究的主要内容和主要问题13-15
• 1.3.1 课题的主要内容13-14
• 1.3.2 课题面临的主要问题14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 泥浆泵动力端受力分析及仿真16-28
• 2.1 曲柄连杆机构的运动学16-19
• 2.1.1 活塞的运动16-18
• 2.1.2 连杆的运动18-19
• 2.2 曲柄连杆机构的受力分析19-27
• 2.2.1 作用于动力端的力19-20
• 2.2.2 活塞—十字头的受力分析20-21
• 2.2.3 连杆的受力分析21-22
• 2.2.4 曲轴的受力分析22-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 曲柄连杆结构有限元分析28-47
• 3.1 有限元法基本思想及其特点28-29
• 3.2 连杆有限元分析29-39
• 3.2.1 连杆几何模型29-30
• 3.2.2 连杆的网格划分30
• 3.2.3 连杆材料属性30
• 3.2.4 将连杆有限元模型导入到 ansys30-31
• 3.2.5 载荷的施加31-36
• 3.2.6 位移边界条件处理36-38
• 3.2.7 连杆有限元后处理结果分析38-39
• 3.3 曲轴的有限元分析39-46
• 3.3.1 曲轴的几何模型39-40
• 3.3.2 曲轴有限元网格划分40
• 3.3.3 曲轴载荷边界条件40-41
• 3.3.4 曲轴位移边界条件的处理41-42
• 3.3.5 曲轴分析工况的选择42-43
• 3.3.6 曲轴有限元后处理分析43-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 曲柄连杆机构刚柔耦合动力学分析47-65
• 4.1 多柔体动力学理论47-50
• 4.2 曲轴连杆刚柔耦合模型的建立50-55
• 4.2.1 曲轴连杆柔性体的建立50-54
• 4.2.2 约束边界条件的处理54
• 4.2.3 载荷边界条件处理54-55
• 4.3 仿真结果与分析55-64
• 4.3.1 作用在动力端的力55-58
• 4.3.2 连杆的动应力分析58-60
• 4.3.3 曲轴的动应力分析60-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 曲柄连杆机构疲劳可靠性分析65-76
• 5.1 疲劳可靠性分析相关理论65-70
• 5.1.1 疲劳可靠性分析的基本过程65
• 5.1.2 复合应力作用下的疲劳强度的确定65-66
• 5.1.3 影响疲劳强度的主要因素66-68
• 5.1.4 零件的疲劳极限线图68-70
• 5.2 连杆疲劳可靠度计算70-73
• 5.2.1 确定连杆的工作应力71
• 5.2.2 确定连杆的疲劳极限71-72
• 5.2.3 确定连杆疲劳可靠度72-73
• 5.3 曲轴疲劳可靠度计算73-75
• 5.3.1 确定曲轴的工作应力73
• 5.3.2 确定曲轴的疲劳极限73-75
• 5.3.3 计算曲轴的疲劳可靠性75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 曲柄连杆机构疲劳寿命分析76-87
• 6.1 疲劳寿命分析的基本理论76-80
• 6.1.1 疲劳累积损伤理论76-78
• 6.1.2 MSC.Fatigue 疲劳分析步骤78-80
• 6.1.3 曲轴连杆疲劳分析方法的选择80
• 6.2 连杆的疲劳寿命分析80-83
• 6.2.1 连杆疲劳载荷谱的输入80-81
• 6.2.2 连杆材料疲劳特性的定义81-82
• 6.2.3 连杆的疲劳寿命结果分析82-83
• 6.3 曲轴的疲劳寿命分析83-85
• 6.3.1 曲轴疲劳载荷谱的输入83-84
• 6.3.2 曲轴材料疲劳特性的定义84-85
• 6.3.3 曲轴的疲劳寿命结果分析85
• 6.4 曲轴连杆的改进措施85-86
• 6.5 本章小结86-87
• 第七章 结论与展望87-89
• 7.1 总结87-88
• 7.2 展望88-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-94
• 攻读硕士期间发表的论文及科研情况94

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王风奎;刘庆云;王向东;张伟辉;;测量曲轴连杆120°相位角偏差的修正[J];机械工人(冷加工);2006年09期

2 金馨;CA488型汽油机曲轴连杆组的修理[J];汽车维修;1996年05期

3 汪艺;最新的CNC曲轴连杆轴颈磨床[J];世界制造技术与装备市场;1999年04期

4 王华立,张立;曲轴连杆车床通用夹具一例[J];机械制造;2000年10期

5 董家康;摩托车曲轴连杆的维修[J];摩托车;1997年01期

6 傅行琪,黄聪;冲床曲轴连杆机构降噪试验研究[J];噪声与振动控制;1988年03期

7 张兵;曲轴连杆轴颈夹角检具[J];机械制造;2000年12期

8 薛福连;曲轴连杆组件的检查及校正[J];工程机械与维修;2004年09期

9 刘庆云;王敏杰;李海刚;张伟辉;王美玲;;曲轴连杆120°相位角之差的数据探讨[J];工具技术;2007年03期

10 蒋华;杨林生;;一种凸轮驱动的往复式活塞压缩机[J];制冷与空调;2007年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 邢天明;刘敏香;史纪安;浮俊超;葛玮;;NL150-25型远距离输沙小泵在机淤固堤工程施工中的应用[A];机械疏浚专业委员会第十六次疏浚与吹填技术经验交流会论文与技术经验总结文集[C];2002年

2 程铁仕;朱山军;闫松;徐富城;刘丰宝;;CF33柴油机曲轴静态有限元分析[A];2007年APC联合学术年会论文集[C];2007年

3 王熙铭;;泥浆泵的损坏形式报损极限及大修方法[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年

4 张修志;佘卫光;赵增文;;耐磨材料在泥浆泵中的应用[A];机械疏浚专业委员会第二十次疏浚与吹填技术经验交流会论文与技术经验总结文集[C];2007年

5 赵洪慧;;浅谈泥浆泵在运行中抽不上水原因分析及改进方法[A];全国大中型水电厂技术协作网第二届年会论文集[C];2005年

6 范实;周庆宪;;泥浆泵曲轴压盖42CrMo钢螺栓断裂失效分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年

7 刘长年;;液控缸式往复高压注液泵的研究[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集（上）[C];2005年

8 南北红;孟国均;;锅炉排渣系统泥浆泵改造[A];晋冀鲁豫鄂蒙云贵川沪甘湘渝十三省（市区）机械工程学会2008年学术年会——机电工程类技术应用论文集[C];2008年

9 刘延彰;张燕春;吴伟;孙斌;于红箭;阙昌龄;;高放废液倒出技术研究可行性分析[A];放射性废物处理处置学术交流会论文集[C];2007年

10 刘伟杰;;泥浆泵直流马达电枢电流不平衡原因解析[A];2003年度海洋工程学术会议论文集[C];2003年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 通讯员 刘华　马香;F1——1600轻型泥浆泵在宝石公司研制成功[N];中国石油报;2010年

2 梁元濂 作者单位：中国地质科学院勘探技术研究所;泥浆泵开动后不上水怎么办[N];地质勘查导报;2007年

3 通讯员 赵则阳 罗敏;新型泥浆泵防堵器降低电机损坏几率[N];中国石油报;2007年

4 韩大宏 宋金婷 张国安;工程施工与管理中节能增效的几点体会[N];黄河报;2007年

5 记者 梁茵邋通讯员 江艳;F——2200HL泥浆泵列入中国企业新纪录[N];中国石油报;2007年

6 湘京;宝鸡石油机械出口创佳绩[N];中国化工报;2006年

7 记者 栗清振邋通讯员 左世云;泥浆泵成为俏销货的背后[N];中国石油报;2007年

8 毛翠香;民营企业就要靠创新做大做强[N];青海日报;2006年

9 通讯员 王安军;宝石机械生产国内首台轻型泥浆泵[N];中国石油报;2009年

10 记者 李岩 通讯员 程琳 李艳丽;泥浆泵实现泵量多级调节[N];地质勘查导报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 徐楠;42CrMo钢疲劳可靠性分析与裂纹萌生微观机理研究[D];山东大学;2006年

2 李莹;公路钢桥疲劳性能及可靠性研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

3 易当祥;自行火炮行动系统疲劳断裂可靠性分析与仿真研究[D];西北工业大学;2005年

4 沙永柏;JFK-15型非开挖导向钻机的研制及其液压系统动态特性仿真研究[D];吉林大学;2007年

5 文国军;煤层气近水平孔钻进原位探测与水力纠偏技术研究[D];中国地质大学;2008年

6 刘强;岩层水平定向钻进铺管施工工艺的试验研究[D];中国地质大学（北京）;2009年

7 宋国书;若干弹性结构边界元优化问题及其显示系统[D];清华大学;1989年

8 顾永维;综合考虑静强度、疲劳和稳定的结构系统可靠性分析[D];哈尔滨工程大学;2008年

9 靳慧;工程机械金属结构系统疲劳可靠性分析研究[D];西南交通大学;2003年

10 姚顽强;绿色10W/40SH汽油机润滑油试验研究[D];长安大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘依路;高压注射泥浆泵的疲劳可靠性分析及寿命预测[D];重庆交通大学;2013年

2 韩健;C43125曲轴连杆车床主轴箱动力学分析与优化[D];兰州理工大学;2012年

3 张勇;钻井泥浆泵活塞寿命评价方法研究[D];浙江大学;2004年

4 吕锐捷;黄河下游远距离输沙技术研究[D];武汉大学;2004年

5 孙亮;无齿轮石油钻探泥浆泵用永磁同步电动机研究[D];沈阳工业大学;2009年

6 刘颖;柴油机曲轴连杆机构模态综合方法研究[D];东北大学;2008年

7 李永胜;泥浆泵用工程陶瓷缸套的研制[D];中南大学;2007年

8 尹春燕;水下钻孔灌注桩施工工艺与质量控制的研究[D];华中科技大学;2006年

9 杨广;1300HP泥浆泵动力端参数优化研究[D];兰州理工大学;2009年

10 宋春青;车用空压机曲轴连杆机构的动力学分析与仿真[D];武汉理工大学;2009年

本文编号：558274