【摘要】：空分設備的大型化是提高系統(tǒng)運行效率、降低系統(tǒng)能耗的重要手段。但空分設備大型化后會使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差,關鍵零部件疲勞壽命降低。由于我國在此方面理論研究基礎較薄弱,使國內(nèi)大型空分設備的研制落后于世界技術發(fā)達國家。本文選擇空分系統(tǒng)中的空氣壓縮機的葉輪為研究對象,運用可靠性串聯(lián)系統(tǒng)統(tǒng)計分析理論和應力梯度分析,研究了零部件尺寸變化對其疲勞壽命的影響規(guī)律,提出壓縮機葉輪不同尺寸時其疲勞壽命的預測方法,具體完成了如下工作。(1)利用Weibull分布理論對單元塊壽命進行建模,結合可靠性串聯(lián)理論推導出大型構件的疲勞壽命理論計算公式。利用四組不同尺寸和不同缺陷試件的疲勞壽命測試實驗數(shù)據(jù),驗證了理論計算結果。通過該理論還驗證:統(tǒng)計因素在尺寸不同的機械構件中是普遍存在的;構件在體積或者是薄弱環(huán)節(jié)趨近于無窮大時其統(tǒng)計因素的影響作用會逐漸穩(wěn)定不變。(2)利用了 Workbench來對葉輪模型進行仿真,確定了葉輪工作時危險點處應力值,得到危險點處的應力集中系數(shù)計算結果。對不同尺寸的葉輪危險點進行仿真,得出了不同尺寸下各個危險點處的應力梯度數(shù)據(jù);利用Origin對應力梯度數(shù)據(jù)擬合,得到了應力梯度曲線隨尺寸變化規(guī)律的近似表達式,并求出了葉輪的尺寸系數(shù),得到了葉輪尺寸和尺寸系數(shù)的關系規(guī)律圖。(3)確定了葉輪的綜合修正系數(shù)中的尺寸系數(shù)、表面加工系數(shù)、危險點處的應力集中系數(shù),得出了葉輪零件修正后的S～N疲勞曲線。利用Workbench對葉輪做了直接瞬態(tài)分析和單向流固耦合分析,得到其危險點處的載荷譜;利用Crossland模型和Matake模型定義了等效疲勞名義應力。利用MATLAB語言開發(fā)了雨流計數(shù)法載荷譜提取程序;利用疲勞累積疊加理論對葉輪的疲勞壽命進行預測,得出了葉輪疲勞壽命隨尺寸變化的關系規(guī)律圖。
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ116.11
【圖文】：

－１邋￣ｒ＾0ｔ0ｒｒ￣ｉ＾——逡逑智ｆｅ－逡逑圖１．２壓縮機機組結構逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｕｎｉｔ逡逑圖１．３壓縮機機組低壓缸逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｌｏｗ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｕｎｉｔ逡逑１．４．２壓縮機機組運行工況逡逑在壓縮機組的裝配與調(diào)試完成之后，其一直會處于平穩(wěn)的運行狀態(tài)。壓縮機在工作逡逑過程中的有著一些列的相關參數(shù)，這些相關參數(shù)值的大小和類型決定了壓縮機內(nèi)部的具逡逑體工作情況。逡逑該主空壓機設計時的參數(shù)可見表１．３。在壓縮機的工作過程中，其工作時的運轉時逡逑的角速度為４３８６邋ｒ／ｍｉｎ，轉換單位之后本文研究對象的轉速為４５９邋ｒａｄ／ｓ［３］。逡逑表１．３空壓機設計參數(shù)逡逑邐Ｔａｂｌｅ邋１．３邋Ａｉｒ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邐逡逑流量邐Ｎｍ３／ｈ邋（干）邐２７９０００逡逑進邋口壓力邐Ｍ

圖１．２壓縮機機組結構逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｕｎｉｔ逡逑圖１．３壓縮機機組低壓缸逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｌｏｗ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｃｙｌｉｎｄｅｒ邋ｏｆ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｕｎｉｔ逡逑１．４．２壓縮機機組運行工況逡逑在壓縮機組的裝配與調(diào)試完成之后，其一直會處于平穩(wěn)的運行狀態(tài)。壓縮機在工作逡逑過程中的有著一些列的相關參數(shù)，這些相關參數(shù)值的大小和類型決定了壓縮機內(nèi)部的具逡逑體工作情況。逡逑該主空壓機設計時的參數(shù)可見表１．３。在壓縮機的工作過程中，其工作時的運轉時逡逑的角速度為４３８６邋ｒ／ｍｉｎ，轉換單位之后本文研究對象的轉速為４５９邋ｒａｄ／ｓ［３］。逡逑表１．３空壓機設計參數(shù)逡逑邐Ｔａｂｌｅ邋１．３邋Ａｉｒ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邐逡逑流量邐Ｎｍ３／ｈ邋（干）邐２７９０００逡逑進邋口壓力邐ＭＰａ（Ａ）邐０．０９７逡逑進口溫度邐°Ｃ邐３０逡逑相對濕度邐％邐６９．８逡逑出邋口壓力邐Ｍ

布分析金屬的疲勞失效，在此引入最薄弱環(huán)節(jié)的概念。對于一根繩子來說，對兩端施逡逑一個力，如果這個繩子的材料可以承受這個力，則繩子不會斷掉。但是如果繩子某一逡逑可能會有缺陷，在受到正常大小的力后就會斷，則這個小缺陷就會導致整根繩子在承逡逑正常大小力的情況下斷開，而如果一根繩子越長，在其中間出現(xiàn)這種小曲線的概率就逡逑越大。這個最容易斷開的一段繩子就可以被稱為最薄弱環(huán)節(jié)。對于金屬的疲勞失效其逡逑一個道理的。一個機械零件的破壞可以定義為其出現(xiàn)裂紋，而這個裂紋的出現(xiàn)就很有逡逑能在最薄弱環(huán)節(jié)首先出現(xiàn)。所以，對于體積大小不同的機械零件，其包含這種小缺陷逡逑幾率也不同。大型化的機械零件，其內(nèi)部以及表面含有更多的可能成為最薄弱環(huán)節(jié)的逡逑單元，相應的其由于這些最薄弱環(huán)節(jié)小單元而產(chǎn)生的裂紋幾率也會隨之增大。而對于逡逑個失效概率不是一直向上疊加的，對于這個失效概率的研究便引入威布爾分布模型對逡逑進行數(shù)學建模，擬合出機械零件的實效曲線。這個基于最薄弱環(huán)節(jié)來預測機械零件疲逡逑實效概率的方法就稱為可靠性串聯(lián)系統(tǒng)。下面將結合圖２．１和圖２．２來對串聯(lián)可靠性逡逑論進行進一步解釋。逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2774134