某装甲车液压系统模糊可靠性分析及液压管路流固耦合仿真

摘要

当前，随着我国国防建设的蓬勃发展，军事能力也在不断提高，要使军用作战车辆的作战能力强，就要求其故障少，可靠性高。本课题以科研项目为背景，采用系统可靠性分析方法对某装甲车的液压系统进行可靠性分析，对设计人员设计更可靠的液压产品，检修人员更快、更有效的对系统故障进行检修具有重要的借鉴意义。考虑到该装甲车液压系统故障统计数据缺乏，用传统的系统可靠性分析方法不能直观地反映结果。在液压系统可靠性分析结果的基础上，对液压管道进行实际工作条件下的流固耦合仿真分析，并校核液压管道的强度，更能够提高液压管道设计的安全性。
　　针对上面提出的问题，本文首先引入模糊概念，将模糊数学和传统可靠性分析结合起来形成模糊可靠性分析，以某装甲车的液压系统为研究对象，开展模糊故障树分析(FFTA)和模糊故障模式、影响及危害性分析(FFMECA)，然后根据上述内容的分析结果，对液压管路进行流固耦合仿真分析，主要的研究内容如下:
　　(1)通过全面分析装甲车液压系统各组成单元和工作原理，绘制相应的液压系统结构原理图，分析系统各组成单元的作用，绘制任务可靠性框图。
　　(2)结合液压系统的工作原理图，根据有统计的故障模式，查阅相关文献资料，建立系统故障树，进行故障树定性分析，找出系统最小割集，并结合模糊理论，选用三角模糊数对系统进行模糊定量分析，求出顶事件的模糊故障概率置信区间和各底事件的模糊重要度。根据分析结果，帮助找出装甲车液压系统的重点故障模式。
　　(3)在模糊故障树分析的基础上，利用模糊FMECA方法对各液压元件以及对应的故障模式进行模糊综合评判，定量计算得到系统各液压元件、故障模式及液压系统的综合危害度大小。
　　(4)本文研究了利用有限元仿真分析的流固耦合模态分析方法和流固耦合瞬态分析方法，并用实例验证了方法的准确性。讨论了流体压力和管道材料对流固耦合管道频率的影响以及管道壁厚和入口流速对流固耦合管道变形和应力的影响。
　　(5)在上述液压系统模糊可靠性分析结果的基础上，利用有限元分析软件ANSYS对该装甲车液压管路进行流固耦合模态分析和流固耦合动力学分析，校核管路强度，估测了设计安全性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究的发展现状

1．2．1 系统模糊可靠性研究现状

1．2．2 模糊FTA方法及研究现状

1．2．3 模糊FMECA方法及研究现状

1．2．4 液压管路动力学分析方法及发展现状

1．3 本文研究的主要内容及结构框图

1．4 本章小结

第二章 模糊可靠性分析的理论基础

2．1 模糊数学基本理论

2．1．1 模糊数学的基本概念

2．1．2 模糊集合和隶属函数

2．1．3 扩展原理

2．1．4 分解定理

2．1．5 模糊数

2．2 模糊综合评判

2．2．1 一级模糊综合评判

2．2．2 多级模糊综合评判

2．3 本章小结

第三章 液压系统的模糊故障树分析

3．1 引言

3．2 模糊故障树分析的原理及过程

3．2．1 模糊故障树分析的常用术语和符号

3．2．2 模糊故障树的建立

3．2．3 构造结构函数

3．3 模糊故障树的定性分析

3．3．1 割集与路集的概念

3．3．2 最小割集的求解方法

3．4 模糊故障树的定量分析

3．4．1 模糊故障树定量分析中的模糊算子

3．4．2 模糊重要度

3．5 装甲车液压系统的模糊故障树分析

3．6 本章小结

第四章 基于FMECA的液压系统模糊综合评判

4．1 引言

4．2 模糊FMECA方法的原理及过程

4．2．1 建立因素集

4．2．2 建立评价集

4．2．3 确定模糊评价矩阵

4．2．4 确定影响因素权重集

4．2．5 一级模糊综合评判

4．2．6 确定综合危害等级

4．2．7 多级模糊综合评判

4．3 装甲车液压系统的模糊FMECA分析

4．3．1 液压系统的模糊FMECA定性分析

4．3．2 液压系统的模糊FMECA定量分析

4．4 本章小结

第五章 不同参数对液压管道流固耦合分析结果的影响

5．1 引言

5．2 液压管路的模态分析

5．2．1 L型弯管的流固耦合模态分析

5．2．2 直管的两种模态分析结果对比

5．2．3 流体压力对流固耦合管道频率的影响

5．2．4 管道材料对流固耦合管道频率的影响

5．3 液压管路的流固耦合动力学分析

5．3．1 ANSYS流固耦合方法

5．3．2 ANSYS流固耦合的原理和步骤

5．3．3 ANSYS CFX与等效力加载对比分析

5．3．4 不同壁厚的管道流固耦合结果对比

5．3．5 不同入口流速的管道流固耦合结果对比

5．4 本章小结

第六章 某装甲车液压管路的流固耦合动力学分析

6．1 引言

6．2 装甲车液压管路的模态分析

6．2．1 装甲车液压管路的有限元模型

6．2．2 装甲车液压管路的流固耦合模态分析

6．3 装甲车液压管路的流固耦合瞬态分析

6．3．1 设置瞬态仿真分析的工况条件

6．3．2 瞬态仿真结果分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果