机械强度可靠性设计理论及方法

机械零件常用的强度计算法有:按工作状态最大载荷进行静强度计算;按非工作状态最大载荷及特殊载荷(安装载荷、运输载荷及冲击载荷等)进行静强度验算;对所受变载荷作用的机械零件,当应力变化循环次数足够多时,应按工作状态正常载荷(等效载荷)进行疲劳强度计算。长期以来均采用许用应力法计算,其强度条件式为:     

复杂载荷分布参数的确定及疲劳强度可靠度计算方法

材料强度分布和载荷分布是可靠性设计中的两个基本问题。强度分布可以由材料试验得出,而载荷分布则须由对载荷谱进行统计分析后确定。疲劳强度可靠性设计与静强度可靠性设计不同,如果采用与静强度可靠性设计类似的方法处理疲劳载荷谱,得出的载荷分布参数则有可能是错误的。本文在数理统计分析基础上提出一种用于疲劳强度可靠性设计计算的确定复杂载荷分布参数的方法以及相应的疲劳强度可靠度计算方法。     

复杂载荷下零件疲劳强度可靠性设计

一、引言目前,疲劳强度可靠性设计已得到了越来越多的研究和应用,但仍有许多问题有待解决,载荷分布参数是可靠性设计的主要指标,对于静强度的可靠性设计问题,可以简单的统计分析获得的载荷分布参数。若假设载荷按正态分布,则分布参数可表尔为 N(u、s),这里μ为均值,S 为标准差。如果把这种方法直接用于复杂载荷下的疲劳强度可靠性设计中,很容易引起混乱并导致错误结果。例如,对一段复载荷——时间历程进行统计处理时,一般方法     

活塞式压缩机零部件静强度的可靠性设计(一)

采用常规方法进行活塞式压缩机零部件的强度设计时,把各种参数,如材料的强度指标、零部件的尺寸、所受的载荷等看作是确定量,忽略了由于各种变化条件使这些参数发生变化的随机因素。使所设计的零部件结构尺寸不能准确适应实际工作的需求。此外,由于对设计参数的统计规律缺乏了解,在确定安全系数时,往往取得偏大,而使设计的零件结构尺寸也偏大,导致了材料的浪费和成本的提高。因此,只有在设计中考虑到各种随机因素的影响,将全部或部分设计参数作为随机变量处理,对其进行统计并建立统计模型,运用概率统计方法进行设计计算,才能全面地描述设计对象,使所得的结果符合实际情况。我们把这种用概率统计方法进行的设计称为可靠性设计。可靠性设计方法既可用于压缩机零部件的静强度计算,也可以用于疲劳强度计算。仅就静强度的可靠性设计作一简要介绍。     

基于ANSYS-PDS的矫直机工作辊可靠性分析

在可靠性分析理论基础下,运用有限元ANSYS的PDS模块对矫直机工作辊进行可靠性分析。根据应力-强度干涉理论,以工作辊的几何尺寸、载荷及强度极限等参数作为变量,建立极限状态函数;选用Monte Carlo方法对工作辊进行计算,得到工作辊的可靠度、灵敏度图及影响可靠性的主要因素。     

机械零部件的动态可靠性灵敏度分析

传统的零部件可靠性模型不能很好地反映变幅随机载荷和强度退化对可靠性的影响,忽略可靠度和失效率随使用时间的变化规律。研究机械零件强度、载荷和可靠度随时间的变化规律,运用随机过程和顺序统计理论建立考虑变幅随机载荷和强度退化下机械零件的动态可靠性功能方程模型,利用二阶矩和摄动方法求出机械零部件的动态可靠性指标,并计算出零部件的动态可靠度。以建立的动态可靠性数学模型为基础,将可靠性设计理论与灵敏度分析方法相结合,提出动态可靠性灵敏度设计的计算方法,讨论动态可靠性灵敏度设计问题,以扭杆为例,给出各参数动态可靠性灵敏度的变化规律,分析设计参数的改变对扭杆可靠性的影响,为机械零部件的动态可靠性设计和动态灵敏度设计提供理论依据。     

压力容器（壳体）Mx结构与性能可靠性分析

对压力容器进行了性能可靠性计算与结构可靠性评估,对容器可靠性进行了分析。并对壳体制造过程中的机械性能参数(母材强度σ_b、焊缝强度σ_(b焊))和压力容器载荷试验获得的最大压力参数、壳体水压试验压力参数进行了统计,介绍了对这些参数进行正态分布符合度的检验和异常数据的剔除等方面的内容;同时还就壳体设计中采用安全系数法和可靠性设计法优缺点进行了比较,认为壳体虽然采用了传统的安全系数法,但经过壳体制造过程中数据的收集和各种载荷试验的考核,证明该压力容器结构设计是可行的、结构是可靠的。     

结构可靠性计算的自动化方法及实现

介绍了一种结构可靠性计算的自动化方法。通过选取结构可靠性的计算方法,从界面输入状态函数,状态函数符号化,处理得到符号化参数,提供给界面,方便对应参数提供相应的均值、方差等计算方法需要的统计特性,处理后转化为参数均值方差等统计特性数组,通过状态函数符号化和参数符号化,处理得到状态函数对各参数的一阶导数,二阶导数等数组,将以上所得的数据信息用于结构可靠性计算方法,进行结构可靠性计算得到结构的可靠性指标和可靠度。在产品的设计过程中需要充分考虑可靠性,由于可靠性计算比较复杂,每种结构都要进行新的程序的编制,不利于结构可靠性计算的推广,不利于工程工作人员进行结构的可靠性计算,本文方法实现了结构可靠性的自动计算,解决了结构可靠性设计工作的不利于推广、重复繁杂的编制程序工作。     

随机载荷下机械零件可靠性设计方法的研究

本文以双参数载荷谱为基础,从计算公式的推演、零件可靠度的计算以及在给定可靠度下零件尺寸的确定等方面,探讨了应用双参数载荷谱进行零件机械强度可靠性设计的方法,并给出了相应的数值解法及算例。     

基于ANSYS的O形密封圈可靠性分析及软件开发

考虑随机不确定性因素的影响,对某型号O形密封圈进行可靠性分析。通过ANSYS参数化语言APDL建立O形密封圈参数化模型,根据应力-强度干涉模型及密封圈的工作特点建立其可靠性模型。假设密封圈的几何参数、载荷及屈曲强度为服从正态分布的随机变量,运用ANSYS的概率设计系统PDS对密封圈进行可靠性计算。利用VB6. 0将ANSYS的APDL代码进行了封装,编写了O形密封圈的可靠性分析软件。该项研究可为液压元件的可靠性计算与专用软件开发提供借鉴意义。     

考虑随机设计变量情形下的柔性铰链疲劳可靠性分析

由于柔顺机构传统可靠性分析方法并未考虑设计变量的随机波动性,使得可靠性分析存在操作性不强、精度不高的问题。引入可以有效处理随机设计变量的有限元概率设计新方法,将柔顺机构的几何尺寸、工作载荷和疲劳极限等参数视为随机设计变量,根据应力-强度干涉理论,构建极限状态函数,采用蒙特卡罗方法抽样计算可靠度。以直梁圆角型柔性铰链为实例进行可靠性分析,计算出当置信度为95%时,该柔性铰链的可靠度为99.26%,然后在此基础上对该类铰链的可靠性增长设计策略进行了讨论并给出建议。实例表明:该方法对柔性铰链的可靠性分析具有一定工程应用价值。     

TC315-PSL2石油钻机天车滑轮设计计算和有限元分析

滑轮是一个适用范围广泛,工作过程连续,工作载荷变化频率较高,失效形式较多的零件,滑轮作为复杂机械的一个小零件,它的寿命和质量直接影响着整个设备可靠性和安全性。首先对石油钻机TC315-PSL2天车主滑轮的设计要求进行简单介绍,在此基础上对天车主滑轮的受力和载荷分布情况进行分析和计算,然后,根据滑轮的稳定性、强度、挤压强度等方面的设计计算,得出天车主滑轮的主要结构尺寸参数,最后,通过稳定性、强度、挤压强度方面的校核计算和有限分析,发现分析计算得到的钻机TC315-PSL2天车主滑轮结构尺寸参数满足石油钻机对主滑轮的要求。     

用可靠性设计理论分析与确定安全系数

本文分析了机械工程习用强度计算法中所用安全系数存在的问题,考虑了零件承载能力及强度计算载荷的随机性,应用概率论与机械强度计算的统计方法,论述了如何用可靠性设计理论分析与确定安全系数。文中介绍了强度-应力模型及强度概率计算方法的基本理论;分析并建立了安全系数与可靠度的函数关系;对强度及应力的变差系数进行了分析与计算;归纳了按可靠度准则确定安全系数的方法及步骤,并通过系列计算,列出了按可靠度确定安全系数的数值表及曲线,可供设计时选用。应用本文所介绍的,用可靠性设计理论分析与确定安全系数,可以比习用的安全系数确定法较精确、更接近实际地解决有关机械设计强度计算中安全系数的合理选用问题。本文可供机械零件或构件的设计计算,也可用来对已有机械零件或构件进行强度可靠性验算。     

基于NESSUS的兆瓦级永磁直驱风力发电机轮毂可靠性分析

轮毂的结构可靠性对于保障整套风力发电机系统的可靠性具有重要的作用。以1.5MW永磁直驱风力发电机的轮毂作为研究对象,利用有限元软件对其进行初步的静力分析,验证其强度安全。考虑轮毂材料力学属性的随机性以及工作载荷的随机性,将材料属性参数(弹性模量Ex、泊松比Prxy、屈服强度σS)以及各叶片叶根工作载荷参数作为随机变量引入到极限状态方程中。利用专门的可靠性分析软件NESSUS联合ANSYS的静力分析模型对轮毂结构强度进行可靠性分析,最终得到轮毂的结构可靠性指标以及各影响参数的灵敏度指标。     

一种基于响应面法的动力涡轮轴强度可靠性分析计算方法

动力涡轮轴在工作时承受着较大离心载荷、预紧力载荷、热载荷以及扭矩载荷等,为提高动力涡轮轴的安全性,研究其可靠性具有重要的现实意义,以动力涡轮轴为研究对象,考虑材料性能、结构尺寸和载荷参数的随机性,对其进行参数化建模,通过混合模拟(有限元、响应面、改进一次二阶矩法三者结合)的方法对其进行可靠性分析,该方法计算量小、拟合精度高、速度快。     

用剩余疲劳损伤强度预测机械零件疲劳可靠度及寿命的方法

提出在缺乏零件工作载荷谱时，进行该零件疲劳可靠性计计算的方法。用使用过一段时间的零件进行疲劳试验。根据这些试验数据统计出剩余疲劳损伤强度，并利用剩余疲劳损伤强度确定该元件在已使用期内的累积疲劳损伤量。然后用疲劳累积损伤可靠性模型进行零件疲劳可靠性设计计算。     

基于随机有限元法分析塔机动载荷下的疲劳可靠性

为了计算塔机在随机动载荷作用下的疲劳可靠度,考虑影响塔机可靠度的各输入参数的分布,如塔机动载荷参数的分布,采用随机有限元法得到各疲劳校核点的应力-时间历程,经雨流计数得到应力谱,基于Miner线性疲劳累积损伤理论计算其剩余强度;考虑到塔机结构的复杂性,无法得到其结构可靠性功能函数的显式表达,基于应力-强度干涉理论,采用随机有限元法对塔机的疲劳可靠度进行计算,得到了塔机各年份的可靠度,并对超载对可靠度的影响进行了定量分析,结果表明可靠度随使用年份增加逐渐下降,由于累积疲劳损伤,到一定年份急剧下降;超载对塔机的可靠度影响很大。由于考虑了影响塔机可靠度的各个输入参数的分布,并模拟了塔机工作中的所有可能工作情况,因此结果比现有方法更与实际相符,可以为塔机的疲劳可靠性评估提供参考。     

基于ANSYS软件PDS模块的压力容器可靠性分析

PDS是ANSYS有限元软件中具有概率设计功能的模块。介绍了可靠性分析理论,以运行中的球罐可靠性分析为例,研究ANSYS软件PDS模块在压力容器可靠性分析中的应用。在研究中,以球罐的几何尺寸、载荷及屈服强度等参数作为随机输入变量,建立极限状态函数,选用蒙特卡罗法对处于运行中的球罐进行抽样计算,得到较为准确的球罐可靠度结果及影响其可靠性的主要因素,并提出了可靠度对各随机参数的敏感性。所做研究对压力容器的设计与维护检修中的可靠性分析具有指导意义。     

碟形弹簧的简捷设计

一般在设计计算碟形弹簧时,要用试凑法进行反复冗长的计算;国外为简化有人用图解和计算相结合的方法[1]-[4],但仍感繁琐。本文所介绍的简捷设计方法是利用压并状态的载荷P,和O点应力σ0,之比β作为载荷参数来设计碟形弹簧尺寸,并可将这一方法用BASIC语言编成程序。 计算公式的推导和简化 1.碟形弹簧设计的O点载荷参数法 彼·比尔(P.Buhl)在文献[3]中提出了O点应力的计算方法。如图1所示,在碟形弹簧载面内,由翻转点S作垂直于板厚的垂线交碟形弹簧上表面得O点。对于静强度计算,碟形弹簧采用合金弹簧钢如 50 CrVA或 60 Si2Mn时,可取 σ…     

齿轮的可靠性设计

<正> 一、序言可靠性设计是现代设计方法中的一种。随着科学技术的发展,近年来“可靠性”已从定性要求成为可以用数值量度的定量指标。常规的设计方法,即安全系数法、强度条件通常表达为:这种计算存在的问题之一是把材料的极限应力σ_(lim),作用于零件上的载荷P以及零件