20000kN静压机铰链梁系统的可靠性分析

摘要

20000kN静压机属静态超高压装置，是最常用的金刚石合成设备，其以操作简便、生产成本相对较低等优点占据了国内市场的较大份额，在我国超硬材料行业中也占有举足轻重的位置。它的性能决定了所合成金刚石的质量，是衡量金刚石合成技术的重要标准之一。随着金刚石合成技术的发展，其对金刚石合成设备的要求也越来越高，所以提高静压机的可靠性势在必行。 铰链梁系统是静压机的重要组成部件，在金刚石的合成过程中需要承受极大的压力，所以其性能的好坏直接影响静压机的工作性能，进而影响金刚石的合成质量。因此，为了提高设备的使用寿命，对铰链梁系统进行强度分析及可靠性分析是非常有必要的。 本文主要介绍了有限单元法的基本原理、分析步骤及流程和有限单元法在可靠性分析中的具体应用，并对三维设计软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS的主要功能及特点做了一定的阐述。以有限单元法作为结构分析的手段，着重对铰链梁系统中的关键零部件--铰链梁建立了有限元分析模型进行结构强度的分析，并在此基础上对其进行了可靠性分析。 首先用SolidWorks软件，按照设计要求，建立铰链梁系统的三维实体模型，而后对铰链梁系统的空间受力情况进行了分析与计算，并对关键零部件进行了校核；然后在ANSYS软件中建立有限元分析模型进行静力分析和非线性分析，得到了结构在工况下的变形、应力分布及应力集中情况，分析结果表明，在铰链梁的“耳朵”和缸底出现应力集中，这与铰链梁实际出现断裂的区域一致，与实际情况相吻合；本文还对出现应力集中的部位进行了局部结构曲线形式的改进，并对改进效果进行了分析；最后，利用故障树分析方法对铰链梁系统故障及其故障原因进行了分析，并应用机械零件应力、强度“干涉”模型对铰链梁的可靠度进行了计算。 本文的研究结果表明，在可靠性分析中，把可靠性与CAE技术结合起来有助于提高机械零件的设计和分析水平，缩短开发周期，节约成本，并对于可靠性分析未来的发展趋势有着非常重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1论文的研究背景和意义

1.2与本课题有关的国内外研究现状

1.2.1机械可靠性研究现状

1.2.2 CAE分析技术的研究现状

1.2.3金刚石压机的研究现状

1.3课题研究的目的及意义

1.4课题的主要研究内容

第2章铰链梁系统分析理论基础

2.1铰链梁系统的功能及基本结构

2.1.1铰链梁系统的基本功能

2.1.2铰链梁系统的基本结构及组成

2.1.3铰链梁的基本结构及存在的问题

2.2有限单元法理论及其应用

2.2.1有限单元法基本理论

2.2.2有限单元法分析基本步骤

2.2.3有限元分析流程

2.2.4有限单元法在可靠性分析中的应用

2.3三维设计软件SolidWorks的主要功能和特点

2.4 CAE及有限元分析软件ANSYS

2.4.1 CAE概念的产生和发展

2.4.2 ANSYS概述及其特点

2.5本章小结

第3章铰链梁系统的建模及受力分析

3.1在三维软件SolidWorks中对铰链梁系统建模

3.1.1建模方法

3.1.2铰链梁的建模过程

3.1.3工作油缸及联接销的建模

3.1.4铰链梁系统的装配过程

3.2铰链梁系统的空间受力分析、计算及强度校核

3.2.1铰链梁系统的空间受力情况分析与计算

3.2.2铰链梁系统连接部位的强度校核

3.3本章小结

第4章铰链梁系统的有限元分析

4.1铰链梁的静力学分析

4.1.1铰链梁单元类型的选择

4.1.2铰链梁材料属性的定义

4.1.3铰链梁有限元模型的生成

4.1.4铰链梁单元模型的划分

4.1.5铰链梁所受载荷及约束

4.1.6改变局部结构曲线形式后进行静力学分析

4.1.7铰链梁静力学计算结果分析

4.2工作油缸的静力学分析

4.2.1工作油缸有限元模型生成及网格划分

4.2.2工作油缸静力学计算结果分析

4.3铰链梁与工作油缸组装在一起的非线性分析

4.3.1铰链梁模型与工作油缸模型的组装

4.3.2组装模型的有限元网格划分

4.3.3创建接触对

4.3.4组装模型的约束及加载

4.3.5接触计算结果分析

4.4本章小结

第5章铰链梁系统的可靠性分析

5.1可靠性研究的内容及相关基本概念

5.2基于故障树的铰链梁系统的可靠性分析

5.2.1故障树分析法简介

5.2.2铰链梁系统故障树的建立

5.3机械零件应力、强度"干涉"模型

5.4铰链梁的静力学可靠性分析

5.4.1铰链梁的静力学可靠性分析模型

5.4.2铰链梁的静力学可靠性计算

5.4.3改变局部结构曲线形式后的结构可靠性分析

5.5本章小结

第6章结论与展望

参考文献

攻读硕士期间公开发表的学术论文

致谢