六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析方法技术

本发明专利技术涉及一种六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析方法，包括利用线切割技术将已经破损的铰链梁制成相应的标椎试件分别进行拉伸试验以及疲劳试验；将SolidWorks建立的铰链梁模型导入到Workbench有限元软件中，进行铰链梁的应力场分析；将有限元结果导入到Ncode中，对铰链梁进行疲劳寿命分析；最后将有限元计算结果导入进SixSigma模块中，对铰链梁进行可靠性评估。本发明专利技术充分考虑了链梁的尺寸，材料属性，载荷等生产制造中不确定因素，便于对铰链梁可靠性评估，有效的缩短了铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析的周期与经济成本。分析的周期与经济成本。分析的周期与经济成本。

【技术实现步骤摘要】
六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析方法


[0001]本专利技术涉及装备结构的疲劳寿命预测，可靠性分析的
，具体为六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测与可靠性分析方法。

技术介绍

[0002]人造金刚石具有硬度高、良好的导热率、耐磨性以及优良的透光性和耐腐蚀性等优点，被广泛地应用于国防、电子等行业领域中。铰链梁六面顶压机是人造金刚石合成的重要装备，铰链梁作为压机装备的关键部件结构，疲劳寿命可靠性直接影响压机装备的运行和生产效率。在人造金刚石合成过程中,铰链梁结构承受巨大的压力，工作时间较长，经受多个升压
‑
保压
‑
卸压过程，导致了铰链梁结构在凸耳处，缸体底部及出油口出会发生疲劳断裂。只有提高铰链梁结构的使用寿命，增加其可靠性，保证铰链梁持久可靠地工作，提高压机装备的经济效益。
[0003]铰链梁结构在生产过程中会受到随时间变化而变化的载荷。生产工序随人造金刚石生产工艺的不同而改变，加载时间从十几分钟到几个小时甚至几天不等。虽然铰链梁承受的工作载荷小于其屈服强度，但是随着加载时间的增加，铰链梁的疲劳损伤也会累计增加。传统的寿命预测是通过疲劳寿命试验来实现，但具有耗费时间长，花费较大，实验条件较多，且容易受各种非线性因素的影响等缺点，所以需要一种便利且准确的方法去评估构件的寿命和可靠性。
[0004]疲劳寿命预测是工业上的热点和难点，目前较为普遍的方法是利用疲劳分析软件估算出疲劳寿命，只能进行大致的疲劳分析，判断出构件大致的疲劳趋势，难以提供符合实际的循环次数。疲劳寿命预测的关键就是需要构件真实的应力(应变)寿命曲线，以及构件真实的工作载荷，基于累计损伤理论计算出构件的损伤参量并与寿命预测方程结合。本专利技术是基于实际铰链梁结构的材料疲劳试验、载荷谱并结合疲劳软件的寿命预测方法。考虑了铰链梁的尺寸，材料属性，载荷等生产制造中不确定因素，对铰链梁的可靠性进行评估。

技术实现思路

[0005]针对现有铰链梁结构寿命评估准确性的不足，本专利技术提出一种基于实际条件下六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析方法，将已经损坏的铰链梁作为疲劳试验的原材料，以实验结果与疲劳分析软件结合进行寿命仿真通过中心随机取样算法对铰链梁的可靠性进行评估。铰链梁的寿命预测及可靠性评估方法具体包括：线切割法加工试验材料，疲劳试验，铰链梁的应力场分析、疲劳寿命分析，铰链梁的材料参数、尺寸参数、载荷参数的随机取样，铰链梁可靠性评估。
[0006]一种六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析方法，包括如下步骤：
[0007]S1：利用线切割技术将已经破损的铰链梁制成相应的标椎试件分别进行拉伸试验以及疲劳试验。
[0008]S2：根据铰链梁的实际尺寸，利用SolidWorks三维软件建立起铰链梁的参数化模
型。
[0009]S3：将S2建立的铰链梁模型导入到Workbench有限元软件中，进行铰链梁的应力场分析。
[0010]S4：将S3的有限元结果导入到Ncode中，基于Miner线性累计损伤理论，采用经典的五框图流程对铰链梁进行疲劳寿命分析。
[0011]S5将S2中的参数化模型导入进SixSigma模块中，对铰链梁进行可靠性评估。
[0012]进一步地，步骤S1具体为：
[0013]S1.1标椎拉伸试验
[0014]根据国标GB/T228.1
‑
2010《金属材料拉伸试验方法》，将已损坏铰链梁线切割成标椎的拉伸试验试件，缓慢而均匀地加载，直至试件拉断。拉伸试验一般取2
‑
3个相同的试件，实验结果取平均值。最后得到铰链梁结构材料的应力
‑
应变曲线(σ
‑
ε)，及屈服强度(σ
s
)，延展率(l
e
)等材料参数。
[0015]S1.2疲劳试验
[0016]根据国标GB/T3075
‑
2008《金属材料疲劳试验轴向力控制方法》，将已损坏铰链梁线切割成标椎的疲劳试验试件，在规定的应力比下进行疲劳试验。钢材一般取0.6
‑
0.7倍的屈服强度(σs)(拉伸试验获得)作为第一次加载等级，再根据第一次疲劳试验的寿命值决定增加还是减少荷载。金属材料疲劳试验最少取8个相同试件(最少做四种加载等级且每个加载等级至少用2个试件)，最后记录实验结果。
[0017]S
m
＝(S
max
+S
min
)/2
[0018]R＝S
min
/S
max
[0019]S
a
＝(S
max
‑
S
min
)/2
[0020]其中S
max
，S
min
分别为最大循环应力和最小循环应力。S
m
为平均应力，R为应力比，S
a
为应力幅。一般而言拉应力会减少构件的寿命，压应力会增加构件的寿命，通常疲劳试验采用应力比为
‑
1，平均应为0的拉
‑
压循环载荷。
[0021]S1.3绘制铰链梁材料的应变
‑
寿命曲线(E
‑
N曲线)
[0022]将S1.2中的实验结果按照GB50017的方法进行拟合，绘制出对数坐标系下的E
‑
N曲线。
[0023]进一步地，步骤S3具体为：
[0024]S3.1根据拉伸实验结果，输入铰链梁的材料参数(弹性模量E和泊松比P)，并添加实际的边界条件，即铰链梁腔体内壁施加工作油压，并在铰链梁10个凸耳的圆柱销轴处添加固定约束。
[0025]S3.2获得铰链梁的最大变形值，最大等效应力值及其分布位置。
[0026]进一步地，步骤S4中，
[0027]Miner线性累计损伤理论原理如公式(4)～(6)所示：
[0028][0029]其中D1为单个循环载荷下造成的损伤量，N为当前载荷下的疲劳寿命。
[0030][0031]其中，D2为n次恒福循环载荷下造成的总损伤量，N为n次恒福载荷下的疲劳寿命。
[0032][0033]其中，l为变幅载荷下不同应力水平的数量，n
i
第i阶载荷的循环次数，N
i
为对应载荷下的疲劳寿命，判断依据为当D>1时，结构发生破坏失效。
[0034]进一步地，步骤S4具体为：
[0035]S4.1材料谱编制
[0036]将S1.3绘制的E
‑
N曲线转化为疲劳软件能够识别的s3t格式，并将其导入至Ncode中
[0037]材料映射模块。
[0038]S4.2载荷谱编制
[0039]根据铰链梁工作过程的“升压
‑
保压
‑
卸压”载荷，利用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：利用线切割技术将已经破损的铰链梁制成相应的标椎试件分别进行拉伸试验以及疲劳试验；S2：根据铰链梁的实际尺寸，利用SolidWorks三维软件建立起铰链梁的参数化模型；S3：将S2建立的铰链梁模型导入到Workbench有限元软件中，进行铰链梁的应力场分析；S4：将S3的有限元结果导入到Ncode中，基于Miner线性累计损伤理论，采用经典的五框图流程对铰链梁进行疲劳寿命分析；S5：将S2中的参数化模型导入进Six Sigma模块中，对铰链梁进行可靠性评估。2.如权利要求1所述的一种六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析方法，其特征在于，步骤S1具体为：S1.1标椎拉伸试验将已损坏铰链梁线切割成标椎的拉伸试验试件，缓慢而均匀地加载，直至试件拉断，拉伸试验取2
‑
3个相同的试件，实验结果取平均值，最后得到铰链梁结构材料的应力
‑
应变曲线，及屈服强度，延展率材料参数；S1.2疲劳试验将已损坏铰链梁线切割成标椎的疲劳试验试件，在规定的应力比下进行疲劳试验；S1.3绘制铰链梁材料的应变
‑
寿命曲线。3.如权利要求1所述的一种六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析方法，其特征在于，步骤S3具体为：S3.1根据拉伸实验结果，输入铰链梁的材料参数，并添加实际的边界条件，并在铰链梁10个凸耳的圆柱销轴处添加固定约束；S3.2获得铰链梁的最大变形值，最大等效应力值及其分布位置。4.如权利要求1所述的一种六面顶压机铰链梁结构的疲劳寿命预测及可靠性分析方法，其特征在于，步骤S4中，Miner线性累计损伤理论原理如公式(4)～(6)所示：其中D1为单个循环载荷下造成的损伤量，N为当前载荷下的疲劳寿命；其中，D2为n次恒福循环载荷下造成的总损伤量，N为n次恒福载荷下的疲劳寿命；其中，l为变幅载荷下不同应力水平的数量，n
i
第i阶载...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢贵重，王滔，王良文，李浩，杜文辽，何文斌，邬昌军，巩晓赟，张德海，高艺源，孟凡念，庞文龙，李明涛，何天运，李轲，
申请(专利权)人：河南黄河旋风股份有限公司，
类型：发明
国别省市：