某车辆蓄压器可靠性及螺纹联接弹塑性接触有限元分析

发布时间：2017-08-08 18:39

  本文关键词：某车辆蓄压器可靠性及螺纹联接弹塑性接触有限元分析

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【摘要】：本论文以科研项目为背景,展开了对某车辆蓄压器的可靠性以及螺纹联接问题的研究。在该车辆的外场试验中,蓄压器出现了漏气、渗油等故障,端盖和阀体端的冲脱事故时有发生。因此对该蓄压器进行可靠性分析以及其螺纹联接部位的联接强度分析就显得非常必要。本文对该蓄压器进行了系统的可靠性分析,通过FMECA与FTA分析确定该蓄压器的具体故障模式,针对危害度严重的故障模式提出了相应的改进,并从仿真与试验两个角度证明改进后蓄压器的优越性。采用弹塑性理论建立起螺纹联接的数学模型,采用二维、三维模型仿真的方法对轴向载荷下的各螺纹牙应力、应变进行分析,结合内外螺纹联接部位的应力、应变试验,通过对比找到能够揭示内外螺纹联接强度问题的最优方法。本文对该蓄压器的改进、使用、保养等方面提供了一些具有应用价值的方法。本文的主要研究内容包括:(1)采用故障模式影响及危害性分析(FMECA)方法和故障树分析(FTA)方法,对蓄压器的故障模式进行分析与评估,确定危害度高的故障为螺纹损坏、缸筒焊缝开裂以及密封装置渗油等。针对确定的故障提出了如改进螺纹参数、改进焊接工艺、设置组合密封装置等方法。结合随机事件的交、并运算建立起蓄压器的可靠性失效相关模型,提出可靠度的计算方法。(2)利用Pro/E建立改进前、后蓄压器模型。结合蓄压器在初始工作状态(11.5MPa)、正常工作状态(40MPa)、极限工作状态(110.6MPa)以及正常工作时内部最大压强(60MPa)工作状态的四种工况,通过ANSYS对改进前、后的蓄压器进行应力分析,分析对比四种工况下改进前后蓄压器的应力云图,从仿真的角度说明蓄压器的改进是合理的。同时结合改进前后的蓄压器进行破坏性耐压试验和改进后蓄压器螺纹轴向应力应变试验,从试验角度表明改进的合理性。(3)通过对四种工况的仿真分析发现,最大应力出现在蓄压器的缸筒上,因此针对改进后蓄压器缸筒,采用弹塑性理论对工作载荷为60MPa的蓄压器缸筒进行弹塑性变形分析。针对改进后的蓄压器缸筒,结合Monte Carlo法与响应面法,对60MPa工作压力下的蓄压器缸筒进行随机有限元可靠性分析,计算得到缸筒的可靠度。(4)通过对改进后的蓄压器缸筒进行随机有限元可靠性分析发现,最大应力出现在螺纹联接部位。因此针对改进后的螺纹联接部位,结合弹塑性变形理论,建立轴向压力作用下缸筒的应力、应变数学模型。利用模型得到蓄压器螺纹联接部位在60MPa压力下的轴向应力、应变数据,为接下来的对比做准备。(5)针对改进后蓄压器缸筒的螺纹联接部位,利用接触有限元法解决内外螺纹的联接问题,分别建立起内外螺纹联接的二维模型与三维模型,通过ANSYS设置面面接触,对蓄压器的联接部位的内外螺纹进行应力、应变分析。结合数学模型法、二维仿真法、三维仿真法对蓄压器螺纹联接部位轴向载荷下的螺纹应力、应变结果,参照改进后蓄压器螺纹轴向应力应变试验结果,从三种方法中选出能够揭示内外螺纹联接强度问题的最优方法是三维模型仿真法。
【关键词】：蓄压器 故障模式 耐压试验 弹塑性 接触有限元 螺纹联接强度
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.335.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势12-16
• 1.2.1 可靠性工程的研究现状及发展趋势12-13
• 1.2.2 FMECA技术的研究现状及发展趋势13-14
• 1.2.3 随机有限元法研究现状及发展趋势14-15
• 1.2.4 螺纹联接研究的研究现状及发展趋势15-16
• 1.3 本文研究的主要内容16-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 蓄压器的可靠性分析19-41
• 2.1 蓄压器的结构和工作原理19
• 2.1.1 蓄压器的结构19
• 2.1.2 蓄压器的工作原理19
• 2.2 蓄压器的故障分析19-30
• 2.2.1 故障分类19-20
• 2.2.2 蓄压器的故障影响及危害性分析20-28
• 2.2.3 蓄压器的故障树分析28-30
• 2.3 蓄压器的可靠性30-37
• 2.3.1 可靠性的概念30-31
• 2.3.2 随机交、并运算31-34
• 2.3.3 失效相关与失效相关系数34-36
• 2.3.4 蓄压器失效相关下的可靠度的计算36-37
• 2.4 针对主要故障提出的设计改进37-40
• 2.4.1 阀体与缸筒联接的设计改进37-38
• 2.4.2 密封部位的设计改进38
• 2.4.3 缸筒焊接设计的改进38
• 2.4.4 增加安全溢流阀38-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 蓄压器工况模拟与耐压试验41-51
• 3.1 蓄压器实体模型的建立41
• 3.2 蓄压器的工况模拟41-46
• 3.2.1 工况的介绍41-42
• 3.2.2 工况的模拟42-46
• 3.3 蓄压器的耐压试验46-49
• 3.3.1 破坏性耐压试验46-47
• 3.3.2 螺纹应力、应变试验47-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 缸筒弹塑性变形分析及随机有限元可靠性分析51-71
• 4.1 缸筒的弹塑性形变分析51-56
• 4.1.1 弹塑性分析理论51
• 4.1.2 弹塑性问题考虑的重要因素51-52
• 4.1.3 弹塑性分析计算52-53
• 4.1.4 蓄压器缸筒的弹塑性仿真分析53-56
• 4.2 Monte Carlo模拟法与响应面法56-58
• 4.2.1 Monte Carlo模拟法56-57
• 4.2.2 响应面法57-58
• 4.3 Monte Carlo随机有限元法与响应面随机有限元法58-64
• 4.3.1 Monte Carlo随机有限元法58-61
• 4.3.2 响应面随机有限元法61-64
• 4.4 改进后蓄压器缸筒随机有限元分析64-69
• 4.4.1 确定性有限元分析64-65
• 4.4.2 蓄压器缸筒的可靠性分析文件65-67
• 4.4.3 蓄压器缸筒的拟合响应面的建立67-68
• 4.4.4 基于响应面法蓄压器缸筒的静可靠性大量模拟68-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第五章 内外螺纹联接的弹塑性理论研究71-80
• 5.1 螺纹概述71-72
• 5.2 内外螺纹联接强度的弹塑性理论基础72-75
• 5.2.1 内外螺纹的受力73-74
• 5.2.2 螺纹扣牙的力矩74-75
• 5.3 数学模型的建立与求解75-79
• 5.4 本章小结79-80
• 第六章 利用有限元法解决内外螺纹联接问题80-98
• 6.1 利用接触问题的有限元法解决内外螺纹的联接问题80-84
• 6.1.1 关于接触表面的四点假定80
• 6.1.2 接触面条件80-82
• 6.1.3 处理接触问题的三种泛函数方法82-84
• 6.2 应用到的技术模块分析84-85
• 6.2.1 ANSYS接触模块84-85
• 6.2.2 面面接触单元85
• 6.3 接触单元关键字85-88
• 6.3.1 接触刚度的确定86-87
• 6.3.2 调整初始接触条件87
• 6.3.3 选择检查是否接触的位置87-88
• 6.4 内外螺纹联接的有限元分析88-97
• 6.4.1 内外螺纹联接模型的建立88-89
• 6.4.2 二维平面模型的分析89-93
• 6.4.3 三维模型的分析及比较93-97
• 6.5 本章小结97-98
• 第七章 总结与展望98-100
• 7.1 总结98-99
• 7.2 展望99-100
• 致谢100-101
• 参考文献101-106
• 攻读硕士期间发表的论文及科研情况106-107
• 附表B1107-108
• 附表B2108-109
• 附表B3109-111
• 附表B4111-112
• 附表B5112-113
• 附表B6113-114
• 附表B7114-115
• 附表B8115

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