【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于产品可靠性领域，特别涉及一种基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法。
技术介绍
1、随着新一代航空推进技术向宽域大包线、超机动、自适应循环等技术方向发展，进一步要求燃油系统必须保证高性能及高稳定性供油，而高可靠、长寿命燃油系统的研发更是实现航空发动机技术革新的重要标志。其中，锥形活门是燃油系统主要的控制元件之一，由锥形活门阀芯和阀座相互配合实现燃油的通断控制，可作为燃油调节器的安全活门等功能零件使用，锥形活门的可靠性及寿命问题严重影响着燃油系统平稳且安全地运行。然而，由于特殊的运行载荷，如高温、高压、高速等要求，使得锥形活门的阀芯和阀座等产生无法避免的相互运动，进而导致各种故障产生，其中磨损是引起锥形活门故障的主要原因。而锥形活门影响着燃油调节器及整个发动机系统的寿命及可靠性，所以，有必要开展锥形活门磨损可靠性评估方法的研究工作，对发动机系统可靠性的提升具有一定的理论及工程价值。
2、目前，随着对机械产品可靠性的重视，磨损可靠性分析方法及其在机械产品磨损可靠性仿真方面的应用得到了一定研究。一方面，提出了各种可靠性分析方法，另一方面，不同机械产品的磨损可靠性定量化仿真分析亦是得到了相关研究。然而，目前的研究中均未有针对航空燃油调节器中的锥形活门开展相关磨损机理的数学建模方法研究，也未涉及锥形活门的磨损可靠性分析方法。因此，需要对锥形活门的磨损进行深度模型建模、锥形活门磨损可靠性分析、以及锥形活门磨损可靠性影响规律及灵敏度计算等研究工作。但是，在锥形活门的磨损形成过程中，由于外部环境载荷严酷、且运行边
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术利用现有的archad磨损模型结合锥形活门受力分析建立锥形活门磨损深度模型，然后基于应力-强度干涉理论在磨损深度模型基础上采用验算点二阶矩方法完成锥形活门的磨损可靠度分析。
2、为实现上述目的，本专利技术公开了一种基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法，其包括以下步骤：
3、s1、archad磨损模型；
4、archard模型基本表达式为：
5、
6、式中，va为磨损体积；k为磨损系数；p为接触面法向压力；h为材料硬度；l为相对滑动距离；
7、s2、锥形活门受力分析；
8、根据锥形活门受力分析得到正压力的合力n为：
9、
10、式中，fs为弹簧预紧力、d为阀芯与阀座接触段圆周直径，f为阀芯的摩擦系数，s为接触段圆周长；接触段圆周长和接触段圆周直径分别与阀座内部的圆周长和圆周直径在数值上相等；α为阀芯的锥角；qn为锥体外表面沿周向均匀分布的正压力；
11、s3、建立锥形活门磨损深度模型；
12、通过archard磨损模型，结合锥形活门的受力分析和锥形阀芯的几何结构得到锥形活门累积磨损深度模型建模，锥形活门累积磨损深度模型为：
13、当阀门闭合次数为m时，累积磨损深度h为：
14、
15、式中，d为接触段圆周直径，k为磨损系数、fs为弹簧预紧力、ps为锥端的压强、f为阀芯的摩擦系数、h为材料硬度，此处特指阀芯的材料硬度、α为阀芯的锥角、m为阀门闭合次数；
16、s4、建立累积磨损深度极限状态函数；
17、锥形活门的累积磨损深度为失效判据，得到极限状态函数，为：
18、g(x)＝ht-h (19)
19、式中，ht为磨损深度最大容许值，h为当前累积磨损深度，即式(18)，在公式(19)中，除阀门闭合次数m外，与锥形活门失效相关的随机向量x表示为：
20、x＝[d，ps，fs，f，ht，h，k，α] (20)
21、x中的8个随机向量都视为服从正态分布的随机变量；
22、s5、采用验算点二阶矩方法完成锥形活门的磨损可靠度计算；
23、根据极限状态函数(19)可以得到相应的极限状态方程为：
24、g＝g(x1,x2,...,xn)＝0 (21)
25、式中，n＝8；
26、采用迭代法求解可靠度系数β；
27、当各随机变量的概率分布均为正态分布时，锥形活门磨损可靠度r和锥形活门磨损失效概率pf分别为：
28、
29、
30、式中，t为积分变量，φ(β)为标准正态分布的累积分布函数。
31、优选的，所述s2具体为：
32、对锥形活门的阀芯进行受力分析，阀芯受到作用于锥端的液压力p、尾端的弹簧预紧力fs、锥体外表面沿周向均匀分布的正压力qn及与阀芯相反运动的摩擦力qf；当液压力p大于弹簧预紧力fs时，锥形阀芯与阀座不相接触，阀门开启，此时正压力与摩擦力均为零；当液压力p不大于弹簧预紧力fs时，阀芯与阀座相接触，阀门关闭，并满足受力平衡方程。
33、优选的，所述s3具体为：
34、在阀芯与阀座接触过程中，磨损部分可视为一锥形环状体，磨损最深处的深度为h，设磨损掉的锥形环状体积为v，则v可表示为圆锥台体积v1与圆锥台内部的柱体体积v2之差，圆锥台体积v1与柱体体积v2分别可由式(11)和式(12)获得：
35、
36、
37、式中，hd为磨损部分底部的环状厚度，即圆锥台下底面半径与圆锥台内部的圆柱体半径之差，d为接触段圆周直径，也就是圆锥台内部的柱体直径，
38、故而：
39、
40、
41、式中，ld为锥台下底面圆周至圆锥台上底面圆周的距离；
42、将公式(14)、(13)和(10)一起带入到archad磨损模型中，同时令va＝v，p＝n，l＝ld可得关于hd的方程，即：
43、
44、经过简化后可得式(16)
45、
46、进一步得到：
47、
48、式(17)为阀门闭合1次时磨损部分的底部环状会增加的厚度；
49、考虑到并设阀门闭合次数为m，可得累积磨损深度h为：
50、
51、式中，d为接触段圆周直径，k为磨损系数、fs为弹簧预紧力、ps为锥端的压强、f为阀芯的摩擦系数、h为阀芯的材料硬度、α为阀芯的锥角。
52、优选的，所述s5中采用迭代法求解可靠度系数β，具体为：
53、(1)选取设计点p*的初值，通常取为xi的均值，xi为第i个基本随机变量；
54、(2)根据的值得到灵敏度系数λi；灵敏度系数λi定义如下：
55、
56、式中，为极限状态函数g(x)的导函数在设计点p*的偏导数，为p*中xi的取值，为xi的标准差，为xj的标准差，ρij为xi与xj的线性相关系数，如果两者相互独立，则ρij＝0，n取值为8，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法，其特征在于：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法，其特征在于：所述S2具体为：
3.根据权利要求1所述的基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法，其特征在于：所述S3具体为：
4.根据权利要求1所述的基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法，其特征在于：所述S5中采用迭代法求解可靠度系数β，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法，其特征在于：还进一步包括步骤S6，具体为：
【技术特征摘要】
1.一种基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法，其特征在于：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法，其特征在于：所述s2具体为：
3.根据权利要求1所述的基于验算点二阶矩的锥形活门磨损可靠性评估方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，岳宁，唐伟，李嘉，周文，
申请(专利权)人：中国航空综合技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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