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大型离心压缩机叶轮的可靠性稳健设计

作　者: 黄素珍
导　师: 张义民
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 离心压缩机叶轮可靠性设计可靠性稳健设计接触分析过盈配合 BP神经网络离心力
分类号: TH452
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

叶轮是离心压缩机高速转子的核心部件,压缩机叶轮使气流加速、增压、升温,而本身则主要承受离心力、气动力、激振力、外物冲击等循环交变载荷与动载荷作用。它的结构、工作状态和工作环境十分复杂。在叶轮的高应力区,这些载荷与叶轮本身的焊接残余应力叠加作用,使叶轮容易产生应力集中过大,产生裂纹甚至发生破坏。叶轮的可靠性直接影响到整个压缩机组的正常运转,甚至影响到整个机组的安全。因此,研究和分析叶轮的可靠性能已经成为迫切需要的问题。本文在广泛吸收国内外机械强度设计以及可靠性稳健设计研究成果的基础上对大型离心压缩机叶轮在离心力作用下结构可靠性问题进行了大量的研究。研究工作主要分为两部分,第一部分对单独的叶轮进行强度分析,得到了离心力作用下叶轮的结构变形和应力分布状况,以及危险部位的应力值,以降低成本为原则,结合神经网络技术,对叶轮进行了可靠性设计；并结合神经网络技术以及可靠性灵敏度方法,对叶轮结构进行了可靠性稳健设计,使其在满足可靠度的前提下,对结构参数变化的灵敏度降到最低,从而提高了叶轮的稳健性；第二部分以非线性接触理论为基础,利用有限元法分析了叶轮部装结构在热装过程结束达到稳态后轮毂与轴接触处的内应力大小与接触情况。分别分析了套装结构静接触以及在离心力作用下的动接触两种工况,对过盈量按照离心力作用下全部接触为标准进行了设计,确保了叶轮与轴良好的装配状态。最后结合神经网络技术以及可靠性灵敏度方法,对叶轮套装结构进行了可靠性设计和可靠性稳健设计,并与前面单独对叶轮进行可靠性稳健设计的结果进行了对比。通过本文的研究,总结和摸索出了一套应用于大型离心压缩机叶轮的可靠性稳健设计方法,确保大型离心压缩机以一定的可靠度正常运行,并且结构中的随机参数的变化对可靠度的影响达到最低。该文分析得到的数据结果为离心叶轮的设计提供了重要的依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-21
  1.1 课题背景及研究意义  11-12
  1.2 可靠性技术研究的现状与进展  12-15
  1.3 稳健设计研究的现状与进展  15-17
  1.4 人工神经网络发展的历史及现状  17-19
    1.4.1 人工神经网络的发展历史  17-19
    1.4.2 人工神经网络国内外研究状况  19
  1.5 本论文的主要研究内容  19-21
第二章可靠性基本理论和神经网络基础  21-39
  2.1 可靠性的基本概念  21-23
  2.2 可靠性分析的基本理论  23-26
    2.2.1 可靠度和可靠性指标  23-24
    2.2.2 可靠度计算的数值方法概述  24-26
  2.3 可靠性设计的摄动法  26-28
  2.4 可靠性灵敏度设计  28-29
    2.4.1 正态分布参数的可靠性灵敏度设计  28-29
  2.5 人工神经网络基础  29-38
    2.5.1 人工神经网络的基本组成  30
    2.5.2 人工神经元模型及传递函数  30-32
    2.5.3 BP网络的拓扑结构  32-33
    2.5.4 BP网络算法及公式推导  33-37
    2.5.5 利用BP网络实现函数逼近  37-38
  2.6 本章小结  38-39
第三章叶轮的模态分析和离心力分析以及Isight软件平台的搭建  39-51
  3.1 叶轮分析的有限元法  39
  3.2 叶轮模型的建立  39-40
  3.3 离心力作用下叶轮的应力分布及变形趋势  40-46
    3.3.1 叶轮整盘离心力分析  40-43
    3.3.2 剖分叶轮的离心力分析  43-45
    3.3.3 离心力作用下叶轮的变形趋势  45-46
  3.4 带有预应力的叶轮模态分析  46-48
  3.5 iSIGHT软件平台的搭建  48-49
  3.6 本章小结  49-51
第四章基于神经网络技术的叶轮可靠性稳健设计  51-73
  4.1 引言  51-54
  4.2 基于灵敏度分析的稳健设计  54-56
    4.2.1 稳健设计方法的概念  54
    4.2.2 基于灵敏度的附加约束实现策略  54-55
    4.2.3 基于灵敏度的附加目标函数实现策略  55-56
  4.3 基于神经网络技术的可靠性稳健设计方法  56-60
    4.3.1 基于神经网络技术的仿真实例  59-60
  4.4 叶轮的可靠性设计  60-69
    4.4.1 最大应力值以及叶轮质量的函数拟合  61-69
    4.4.2 叶轮的可靠性设计  69
  4.5 叶轮的可靠性稳健设计  69-71
  4.6 本章小结  71-73
第五章套装叶轮的接触有限元分析及可靠性设计  73-95
  5.1 引言  73-74
  5.2 ANSYS的接触分析功能  74-79
    5.2.1 ANSYS的接触分析功能  74-75
    5.2.2 接触问题的描述方法  75-77
    5.2.3 接触计算原理  77-79
  5.3 叶轮套装结构的接触分析  79-87
    5.3.1 叶轮套装模型  79-80
    5.3.2 叶轮套装结构的预应力分析  80-82
    5.3.3 叶轮套装结构的离心力分析  82-84
    5.3.4 过盈量对接触总压力和接触状态的的影响  84-87
  5.4 套装叶轮的可靠性设计和可靠性稳健设计  87-91
    5.4.1 套装叶轮的可靠性设计  87-91
  5.5 套装叶轮的可靠性稳健设计  91-93
  5.6 本章小结  93-95
第六章结论与展望  95-97
  6.1 总结  95
  6.2 展望  95-97
参考文献  97-103
致谢  103-104
攻读学位期间获奖情况  104

大型离心压缩机叶轮的可靠性稳健设计

内容摘要

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