CN109815632A - 一种离心泵疲劳可靠性分析方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离心泵疲劳可靠性分析方法及装置，应用于包括离心泵和转轴的传动系统，所述方法包括对所述传动系统构建三维数学模型；将所述三维数学模型导入到有限元分析平台中，并进行材料属性分配、网格划分和约束添加；根据所述传动系统的工作条件设置相应的外载荷；计算在不同的外载荷下传动系统的应力分布和温度分布规律；基于随机振动分析，设定输入载荷谱，分析疲劳应力的变化规律，得到所述传动系统的最大应力点；建立传动系统疲劳失效率模型，描述所述传动系统的失效过程；基于蒙特卡洛法进行可靠性分析，评估所述传动系统的疲劳可靠性。本发明能够有效节约对疲劳寿命的分析时间、提升分析效率和对疲劳寿命评估的准确性。
Description
技术领域
本发明属于泵类工程检测技术领域，尤其是涉及一种离心泵疲劳可靠性分析方法及装置。
背景技术
离心泵是指依靠叶轮旋转时产生的离心力来输送液体的泵，主要应用于农田灌溉、锅炉给水、冷凝水和循环水供水等领域。这些离心泵的疲劳可靠性是影响泵站安全稳定运行及机组寿命的关键因素。在离心泵的运行过程中，由于工作条件和使用环境的变化，会使其运行寿命受到一定的影响。
常规的采用裂纹形成寿命法预测其疲劳寿命，需要进行大量的试验，试验所需的费用高且预测模型相对较难获取。另外，现有的评估方法中因没有考虑传动系统的工作条件，而不能准确评估离心泵的疲劳寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种离心泵疲劳可靠性分析方法及装置，旨在有效节约对疲劳寿命的分析时间、提升分析效率和对疲劳寿命评估的准确性。
本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供的一种离心泵疲劳可靠性分析方法，应用于包括离心泵和转轴的传动系统，所述离心泵疲劳可靠性分析方法包括以下步骤：
对所述包括离心泵和转轴的传动系统构建三维数学模型；
将所述三维数学模型导入到有限元分析平台中，并进行材料属性分配、网格划分和约束添加；
根据所述传动系统的工作条件设置相应的外载荷，其中，所述外载荷包括循环载荷和温度载荷；
计算在不同的外载荷下所述传动系统的应力分布和温度分布规律；
基于随机振动分析，设定输入载荷谱，分析疲劳应力的变化规律，得到所述传动系统的最大应力点；
建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统的失效过程；
基于蒙特卡洛法进行可靠性分析，评估所述传动系统的疲劳可靠性。
进一步地，所述进行材料属性分配、网格划分和约束添加的步骤具体包括：
根据所述离心泵和转轴的材料进行材料属性分配以及使用三角形单元进行网格划分。
进一步地，所述计算在不同的外载荷下所述传动系统的应力分布和温度分布规律的步骤中，当所述传动系统的应力分布和温度分布规律的残差收敛精度均低于10-5时，所述计算满足收敛要求。
进一步地，所述建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统的失效过程的步骤具体包括：
根据所述传动系统疲劳失效率模型采用韦布尔分布描述传动系统的失效过程。
进一步地，通过三维软件Solidworks构建所述三维数学模型，所述有限元分析平台为软件Ansys workbench。
第二方面，本发明实施例提供的一种离心泵疲劳可靠性分析装置，应用于包括离心泵和转轴的传动系统，所述离心泵疲劳可靠性分析装置包括：
构建模块，用于对所述包括离心泵和转轴的传动系统构建三维数学模型；
导入模块，用于将所述三维数学模型导入到有限元分析平台中，并进行材料属性分配、网格划分和约束添加；
设置模块，用于根据所述传动系统的工作条件设置相应的外载荷，其中，所述外载荷包括循环载荷和温度载荷；
计算模块，用于计算在不同的外载荷下所述传动系统的应力分布和温度分布规律；
分析模块，用于基于随机振动分析，设定输入载荷谱，分析疲劳应力的变化规律，得到所述传动系统的最大应力点；
所述构建模块，还用于建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统的失效过程；
评估模块，用于基于蒙特卡洛法进行可靠性分析，评估所述传动系统的疲劳可靠性。
进一步地，所述导入模块，具体用于根据所述离心泵和转轴的材料进行材料属性分配以及使用三角形单元进行网格划分。
进一步地，所述计算模块，用于当所述传动系统的应力分布和温度分布规律的残差收敛精度均低于10-5时，所述计算满足收敛要求。
进一步地，所述构建模块，用于根据所述传动系统疲劳失效率模型采用韦布尔分布描述传动系统的失效过程。
进一步地，所述构建模块通过三维软件Solidworks构建所述三维数学模型，所述有限元分析平台为软件Ansys workbench。
综上所述，本发明实施例提供的一种离心泵疲劳可靠性分析方法及装置，应用于包括离心泵和转轴的传动系统，所述离心泵疲劳可靠性分析方法包括以下步骤：对所述包括离心泵和转轴的传动系统构建三维数学模型；将所述三维数学模型导入到有限元分析平台中，并进行材料属性分配、网格划分和约束添加；根据所述传动系统的工作条件设置相应的外载荷，其中，所述外载荷包括循环载荷和温度载荷；计算在不同的外载荷下所述传动系统的应力分布和温度分布规律；基于随机振动分析，设定输入载荷谱，分析疲劳应力的变化规律，得到所述传动系统的最大应力点；建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统的失效过程；基于蒙特卡洛法进行可靠性分析，评估所述传动系统的疲劳可靠性。因此，本发明实施例能够有效节约对疲劳寿命的分析时间、提升分析效率和对疲劳寿命评估的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的一种传动系统的结构示意图。
图2示出了本发明实施例提供的一种离心泵疲劳可靠性分析方法的流程示意图。
图3示出了本发明实施例提供的一种离心泵疲劳可靠性分析装置的结构框图。
主要元件符号说明：
传动系统 100；离心泵 101；转轴 102；离心泵疲劳可靠性分析装置 200；
构建模块 201；导入模块 202；设置模块 203；计算模块 204；
分析模块 205；评估模块 206。
具体实施方式
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-On ly Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种离心泵疲劳可靠性分析方法可以应用于传动系统100。其中，所述传动系统100可以包括离心泵101和转轴102，所述离心泵101和转轴102固定连接。本实施例中，所述离心泵疲劳可靠性分析方法包括以下步骤：
步骤S101：对所述包括离心泵101和转轴102的传动系统100构建三维数学模型。
其中，本实施例可通过三维软件So l idworks构建所述三维数学模型。
步骤S102：将所述三维数学模型导入到有限元分析平台中，并进行材料属性分配、网格划分和约束添加。
本实施例中，根据所述离心泵101和转轴102的材料进行材料属性分配以及使用三角形单元进行网格划分。所述有限元分析平台为软件Ansys workbench。
步骤S103：根据所述传动系统100的工作条件设置相应的外载荷，其中，所述外载荷包括循环载荷和温度载荷。
步骤S104：计算在不同的外载荷下所述传动系统100的应力分布和温度分布规律。
优选地，当所述传动系统100的应力分布和温度分布规律的残差收敛精度均低于10-5时，所述计算满足收敛要求。
步骤S105：基于随机振动分析，设定输入载荷谱，分析疲劳应力的变化规律，得到所述传动系统100的最大应力点。
步骤S106：建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统100的失效过程。
本实施例中，可以根据所述传动系统疲劳失效率模型采用韦布尔分布描述传动系统100的失效过程。
步骤S107：基于蒙特卡洛法进行可靠性分析，评估所述传动系统100的疲劳可靠性。
基于以上方法步骤，能够有效节约对疲劳寿命的分析时间、提升分析效率和对疲劳寿命评估的准确性。
如图3所示，本发明实施例提供的一种离心泵疲劳可靠性分析装置200可以应用于传动系统100。其中，所述离心泵疲劳可靠性分析装置200主要包括构建模块201、导入模块202、设置模块203、计算模块204、分析模块205和评估模块206。
本实施例中，所述构建模块201，用于对所述包括离心泵101和转轴102的传动系统100构建三维数学模型。其中，所述构建模块201可通过三维软件So l idworks构建所述三维数学模型。
所述导入模块202，用于将所述三维数学模型导入到有限元分析平台中，并进行材料属性分配、网格划分和约束添加。优选地，所述导入模块202，具体用于根据所述离心泵101和转轴102的材料进行材料属性分配以及使用三角形单元进行网格划分。所述有限元分析平台为软件Ansys workbench。
所述设置模块203，用于根据所述传动系统100的工作条件设置相应的外载荷，其中，所述外载荷包括循环载荷和温度载荷。
所述计算模块204，用于计算在不同的外载荷下所述传动系统100的应力分布和温度分布规律。其中，所述计算模块204，用于当所述传动系统100的应力分布和温度分布规律的残差收敛精度均低于10-5时，所述计算满足收敛要求。
所述分析模块205，用于基于随机振动分析，设定输入载荷谱，分析疲劳应力的变化规律，得到所述传动系统100的最大应力点。
所述构建模块201，还用于建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统100的失效过程。实施时，所述构建模块201，用于根据所述传动系统100疲劳失效率模型采用韦布尔分布描述传动系统100的失效过程。
所述评估模块206，用于基于蒙特卡洛法进行可靠性分析，评估所述传动系统100的疲劳可靠性。
需要说明的是，关于所述离心泵疲劳可靠性分析装置200中各功能模块的详细说明可以参照上述方法实施例中的对应部分，在此不再赘述。
综上所述，本发明实施例提供的一种离心泵疲劳可靠性分析方法及装置，应用于包括离心泵101和转轴102的传动系统100，所述离心泵疲劳可靠性分析方法包括以下步骤：对所述包括离心泵101和转轴102的传动系统100构建三维数学模型；将所述三维数学模型导入到有限元分析平台中，并进行材料属性分配、网格划分和约束添加；根据所述传动系统100的工作条件设置相应的外载荷，其中，所述外载荷包括循环载荷和温度载荷；计算在不同的外载荷下所述传动系统100的应力分布和温度分布规律；基于随机振动分析，设定输入载荷谱，分析疲劳应力的变化规律，得到所述传动系统100的最大应力点；建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统100的失效过程；基于蒙特卡洛法进行可靠性分析，评估所述传动系统100的疲劳可靠性。因此，本发明实施例能够有效节约对疲劳寿命的分析时间、提升分析效率和对疲劳寿命评估的准确性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
Claims (10)
1.一种离心泵疲劳可靠性分析方法，应用于包括离心泵和转轴的传动系统，其特征在于，所述离心泵疲劳可靠性分析方法包括以下步骤：
对所述包括离心泵和转轴的传动系统构建三维数学模型；
将所述三维数学模型导入到有限元分析平台中，并进行材料属性分配、网格划分和约束添加；
根据所述传动系统的工作条件设置相应的外载荷，其中，所述外载荷包括循环载荷和温度载荷；
计算在不同的外载荷下所述传动系统的应力分布和温度分布规律；
基于随机振动分析，设定输入载荷谱，分析疲劳应力的变化规律，得到所述传动系统的最大应力点；
建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统的失效过程；
基于蒙特卡洛法进行可靠性分析，评估所述传动系统的疲劳可靠性。
2.根据权利要求1所述的离心泵疲劳可靠性分析方法，其特征在于，所述进行材料属性分配、网格划分和约束添加的步骤具体包括：
根据所述离心泵和转轴的材料进行材料属性分配以及使用三角形单元进行网格划分。
3.根据权利要求1所述的离心泵疲劳可靠性分析方法，其特征在于，所述计算在不同的外载荷下所述传动系统的应力分布和温度分布规律的步骤中，当所述传动系统的应力分布和温度分布规律的残差收敛精度均低于10-5时，所述计算满足收敛要求。
4.根据权利要求1所述的离心泵疲劳可靠性分析方法，其特征在于，所述建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统的失效过程的步骤具体包括：
根据所述传动系统疲劳失效率模型采用韦布尔分布描述传动系统的失效过程。
5.根据权利要求1-4任一项所述的离心泵疲劳可靠性分析方法，其特征在于，通过三维软件Solidworks构建所述三维数学模型，所述有限元分析平台为软件Ansys workbench。
6.一种离心泵疲劳可靠性分析装置，应用于包括离心泵和转轴的传动系统，其特征在于，所述离心泵疲劳可靠性分析装置包括：
构建模块，用于对所述包括离心泵和转轴的传动系统构建三维数学模型；
导入模块，用于将所述三维数学模型导入到有限元分析平台中，并进行材料属性分配、网格划分和约束添加；
设置模块，用于根据所述传动系统的工作条件设置相应的外载荷，其中，所述外载荷包括循环载荷和温度载荷；
计算模块，用于计算在不同的外载荷下所述传动系统的应力分布和温度分布规律；
分析模块，用于基于随机振动分析，设定输入载荷谱，分析疲劳应力的变化规律，得到所述传动系统的最大应力点；
所述构建模块，还用于建立传动系统疲劳失效率模型，并描述所述传动系统的失效过程；
评估模块，用于基于蒙特卡洛法进行可靠性分析，评估所述传动系统的疲劳可靠性。
7.根据权利要求6所述的离心泵疲劳可靠性分析装置，其特征在于，
所述导入模块，具体用于根据所述离心泵和转轴的材料进行材料属性分配以及使用三角形单元进行网格划分。
8.根据权利要求6所述的离心泵疲劳可靠性分析装置，其特征在于，
所述计算模块，用于当所述传动系统的应力分布和温度分布规律的残差收敛精度均低于10-5时，所述计算满足收敛要求。
9.根据权利要求6所述的离心泵疲劳可靠性分析装置，其特征在于，
所述构建模块，用于根据所述传动系统疲劳失效率模型采用韦布尔分布描述传动系统的失效过程。
10.根据权利要求6-9任一项所述的离心泵疲劳可靠性分析方法，其特征在于，
所述构建模块通过三维软件Solidworks构建所述三维数学模型，所述有限元分析平台为软件Ansys workbench。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190528 |