碟式分离机转鼓强度计算及其可靠性分析
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摘要
本文借助于ANSYS大型商用软件对碟式分离机的转鼓零件进行了二维和三维有限元应力分析。在进行二维分析过程中，针对碟式分离机的实际工作情况，采用ANSYS软件中的接触单元模块对转鼓零件作整体分析，避免了因单独计算每个零件的应力而带来的误差；在分析过程中还合理的考虑了转鼓装配过程中所施加的预紧力，得到较合理的计算结果；在对转鼓筒体开孔处进行三维应力分析时采用子模型模块计算，既提高了计算精度又节省了大量的计算时间和硬盘空间。另外，本文运用了ANSYS含有的内部开发工具APDL语言进行二次开发，解决了转鼓零件二维和三维应力分析中二次型载荷如操作水压和物料离心压力等的加载问题。
碟式分离机的可靠性越来越受人重视，由于转鼓零件的应力对转鼓转速的变化比较敏感，因此本文利用蒙特卡罗有限元法研究了转鼓转速的随机性对转鼓筒体螺纹处和开孔处应力的影响，并得到相应的可靠度。
The paper uses the ANSYS Software to analyze the 2-D stress and 3-D stress of the Disc Separator's drum. In the process of the 2-D stress analysis, according to the actual situation, it uses the contact-element model to analyze the 2-D stress of the parts of the separator s drum as a whole. It can avoid the error which caused by analyze the 2-D stress of the part singly. In the paper, it takes the pretension into account, and the results are reasonable. It uses the Sub-model to analyze the 3-D stress of holes of the drum. It can improve the precision and shorten the run-time and save the space of hard disk. On the other hand, it uses the APDL which ANSYS contains to apply the load of water which manipulates the separator and the load which causes by the material in the process of the 2-D stress and 3-D stress of the separator's drum analysis.
Now people take more important in the reliability of the separator, the rotating speed of the drum is keen to the stress of the drum. In the paper, it uses Monte Carlo-FEM to analyze the effect of the screw thread and the hole of the drum, and receive the reliability.
碟式分离机的可靠性越来越受人重视，由于转鼓零件的应力对转鼓转速的变化比较敏感，因此本文利用蒙特卡罗有限元法研究了转鼓转速的随机性对转鼓筒体螺纹处和开孔处应力的影响，并得到相应的可靠度。
The paper uses the ANSYS Software to analyze the 2-D stress and 3-D stress of the Disc Separator's drum. In the process of the 2-D stress analysis, according to the actual situation, it uses the contact-element model to analyze the 2-D stress of the parts of the separator s drum as a whole. It can avoid the error which caused by analyze the 2-D stress of the part singly. In the paper, it takes the pretension into account, and the results are reasonable. It uses the Sub-model to analyze the 3-D stress of holes of the drum. It can improve the precision and shorten the run-time and save the space of hard disk. On the other hand, it uses the APDL which ANSYS contains to apply the load of water which manipulates the separator and the load which causes by the material in the process of the 2-D stress and 3-D stress of the separator's drum analysis.
Now people take more important in the reliability of the separator, the rotating speed of the drum is keen to the stress of the drum. In the paper, it uses Monte Carlo-FEM to analyze the effect of the screw thread and the hole of the drum, and receive the reliability.
引文
1．余国宗．孙启才，朱企新．化工机器．天津大学出版社，1988．2
2．高慎琴．化工机器．化学工业出版社．1992．5
3．赵杨．机械安全与分离机械产品的安全认证．过滤与分离．1998年1期
4．俞如有，黄文伟．国外碟式分离机机型现状及发展趋势．化工装备技术1990年4期
5．黄载生，周士森．弹性力学与应用．浙江大学出版社 1995．6
6．高淑之，金鼎五．开孔圆筒形转鼓的应力及壁厚计算——评《离心机转鼓强度计算公式探讨》．流体机械 V26(6)
7．朱企新，胡金榜，程金凤．离心机转鼓强度计算．化工与通用机械． 1981．8
8．程金凤．离心机转鼓鼓底强度变化的影响．流体工程．1984．6
9．石建明，朱萍，程金凤．离心机转鼓开孔应力计算方法于比较．化工机械．V23(5)
10．王祖荫．离心机转鼓壁边缘应力的计算方法．流体机械．1996年7月
11．王祖荫．关于离心机转鼓壁边缘区应力状况的讨论．流体机械．1997年1月
12．王德润，顾海明．碟式分离机转鼓的应力分析．流体工程．1984．6
13．顾海明，王德润．碟式分离机转鼓锁环的强度计算．流体工程．1985．2
14．B.A.BAJIAHJINH．有限元法对分离机转鼓强度计算的改进．流体工程．1985．2
15．吴家骥，周涌泉．碟式分离机原机全转速转鼓应力测试的研究．流体工程．1984．3
16．杨龙祥，高淑之．离心机转鼓应力电测技术研究．流体工程．1986．3
17．高淑之，杨龙祥．锥形转鼓应力分布的实验研究．流体工程．1986．5
18．王勖成，邵敏．有限单元法基本原理和数值分析．清华大学出版社．1997．5
19．范本隽，吴家骥．碟式分离机转鼓应力的有限元计算．化工装备技术．1990年4月
20．刘友宏，蒋培培．离心机转鼓整体三维有限元分析与强度计算．过滤与分离．1998(4)
21．贾海英．有限元法在离心机转鼓强度计算中的应用．制造业自动化．V23(8)
22．广东化工学院化机教研组．轴对称应力分析得有限元法及其在DHS-500转鼓设计计算中的应用．化工与通用机械．V77(11)
23．王少萍．工程可靠性．北京航空航天大学出版社．2000．6
24．何水清，王善．结构可靠性分析．国防工业出版社．1993．3
25．川崎义人．可靠性设计．机械工业出版社．1988．5
26．吴世伟．结构可靠度分析．人民交通出版社．1990．3
27．周广涛．计算机辅助可靠性工程．宇航出版社．1990．10
28．许琦．可靠性设计法在化工容器设计中的应用．江苏机械制造与自动化，2000(4)
29．吕震宙，冯蕴雯．结构可靠性问题研究的若干进展．力学进展．V30(1)，2002
30．秦权．随机有限元及其进展Ⅰ．随机场的离散和反应矩的计算．工程力学．1994 Vol．11 No．4
31．秦权．随机有限元及其进展Ⅱ．随机场的离散和反应矩的计算．工程力学．1995 Vol．12 No．11
32．郭书祥，冯元生，吕震宙．随机有限元方法与结构可靠性．力学进展．2000 Vol．30 No．3
33．刘正兴，王劲松．随机有限元在结构可靠性分析中应用．上海交通大学学报．V28(1)，1994
34．吴立言，刘更．齿轮可靠度计算的概率有限元法．机械传动．V16(2)，1992
35．尹健．随机有限元在结构强度可靠性分析中的应用．贵州工业大学学报．V27(2)，1998
36．刘宁，吕泰仁．随机有限元法及其工程应用．力学进展．V25(1)，1995
37．李兴代，李力．随机有限元法在钢筋砼结构可靠性分析中的应用．四川建筑科学研究．1996．01
38．逢启寿．矿山工程中有限元-可靠性分析方法．中国钨业．V146，1998
39．刘雄奇，刘更，吴立言．齿轮弯曲疲劳强度可靠性分析的新方法．航空动力学报．V10(2)，1995
40．周麟．房柱采矿法采场顶板的可靠性分析．金属矿山．N259，1998
41. Hasofer A M, Lind N C. Exact and invariant second-moment code format, J Eng Mech, Div, ASCE. 1974, 100(EM1):111～121.
42. Fiessler B, Neumann H J, Rackwitz R. Quadratic limit states in structural reliability, J Eng Mech, Div, ASCE. 1979, 105(EM4):661～676.
43. Feng Y S. The computation of failure probability for nonlinear safety margin equations. Reliability Engineering and System Safety. 1989, 26: 1～9.
44. Cornell C A. Bounds on the reliability of structural systems, J Struct Div, ASCE. 1967, 93(ST1): 171～200.
45. Ditlevsen O. Narrow reliability bounds for structural systems, J Struct Mech. 1979, 7: 453～472.
46. Feng Y S. A Method for computing structural system reliability with high accuracy. Comput & Struct. 1989, 33(1):1～5.
47．宋笔锋．结构体系失效概率计算方法研究．博士学位论文．西北工业大学．1994
48．张立．结构可靠性得近似解析法和数值—解析混合解法的研究．博士学位论文．西北工业大学．1995
49. Brown C B, Brown C B. A fuzzy safety measure, J Struct Mech Div. 1779, 105:855～872
50. Brown C B, James T P, Yao F. Fuzzy sets and structure engineerings, J Struct Eng. 1983, 109:1211～1225.
51. Sinozuka M. Monte Carlo Solution of Structural Dynamics. Computers & Structures. 1972, (2):855～861.
52. Handa K, Anderson K. Application of Finite Element Method in the Stochastical Analysis of Structures. Proc 3rd. ICOSSAR. 1981:409～414.
53．雷晓燕．有限单元法．中国铁道出版社．2000．10
54. Freudenthal A.M., Safty of structures, Trans. ASCE, 112,1947:P125～159.
55. Hasofer A.M., Lind N.C.J.Exact and invariant second-moment code format, Eng. Mech. Div. ASCE. 100,1,1974:P111～121.
56. Rackwitz R, et al. An Algorithm for Calculation of Structural Reliability under Combined loding. Munchen, 1977.
57. Attila Csenki. An Improved Carlo Method in structural Reliability, Reliability Engineering and System Safty, 24, 1988:P275～292.
58. Marseguerra M.. Nonlinear Monte Carol reliability analysis with blasing toward top event, Reliability Engineering and System Safty, 40, 1993:P31～42.
59．沈凤生，吴世伟．求解结构可靠度的蒙特卡罗法及其改进，结构安全度与可靠度分析论文集，河海大学出版社，1988
60．高而坤，叶军，吴世伟．同时算出结构可靠指标和验算点值的快速收敛蒙特卡罗法，河海大学学报，Vol．20，No．2，1992．
61. Guoliang Jin, Monte Carlo finite element method of structure reliability analysis, Reliability Engineering and Safety, 40, 1993:P77～83.
62．陈虬，刘先斌．随机有限元法及其工程应用，西南交通大学出版社，1993
63．张标标，徐志军等．基于ANSYS平台开发曲轴振动分析软件．车辆与动力技术．2001年第4期
64．陈卫军，崔勤等．基于ANSYS深基坑工程增量法计算的二次开发技术研究．中国市政工程2002年第2期
65．谭蔚，王泽军等．有限元方法在离心机转鼓强度分析中的应用．化工机器．Vol．29(2)，2002
66．刘晓云．结构可靠性分析中的数理统计问题．兰州铁道学院学报．Vol．13．No．2．1994
67．杜小平．利用蒙特卡罗法与数值解法相结合进行可靠度计算．机械强度．Vol．17．4．1995
68．孙海虹．结构可靠性分析改进的重要抽样法．武汉交通科技大学学报．Vol．18．No．3．1994
69．倪正顺，丁志平．有限元分析软件ANSYS及其在包装机械零件设计中的应用．包装机械．2002年6月
70．高学仕，齐明侠等．修井机井架的可靠性计算分析。石油机械．2001年10期
71．聂磊，钟毓宁，张业鹏等．基于ANSYS的缓冲包装结构可靠性分析方法．湖北工学院学报．2002年第4期
72．华旭刚，陈政清，祝志文等．桥梁风致颤振分析以及在ANSYS中的实现．重庆交通学院学报．2002年04期
73．程纬，孙利民，范立础等．ANSYS二次开发功能及其在双层高架桥墩地震倒塌仿真分析中的应用．计算机工程与应用．2002年13期
74．陈顺祥，王佑君，王本华等．SRM纤维缠绕壳体的蒙特卡罗随机有限元分析．推进技术．1998年02期
75．朱殿芳，陈建康，郭志学．结构可靠度分析方法综述．中国农村水利水电．2002年08期
76. Y.S. Feng, The development of a theory of mechanism reliability, Reliability Engineering and System Safty,41,1993:P95～99
77. Kuo-Shong Wang, A preliminary investigation of new mechanical product development based on reliability theory, Reliability Engineering and System Safety, 40, 1993:P187～194
78. Ang A H-S, Tang W. H. Probability Concept in Engineering Planning and Design, Jhon Wiley & Sons, New York, 1984
79. Marseguerra M. Nonlinear Monte Carlo reliability analysis with blasing toward top event,
Reliability Engineering and System Safety, 40,1993 :P31-42
80． Tanaka, Tsunehike, Monte Carlo elvalution of a dynamic reliability problem with an application to a case of partial cuts,Proc. Annu. Reliab. Maintain. Symp, Publ. By IEEE. NJ.USA, 1989:P108-113
81． Lewis E.E., Monte Carlo Reliability modeling by inhomogeneous markov processes, Reliab Eng. Vol.16, No. 4 1986:P227-296
82． Kummamonto Hiromitsu, New Monte Carlo methods for Evaluation System-Failure Probability, IEEE Trans. On Reliab. Vol.36 1987:P63-69
83． Arnold Baca, Examples of Monte Carlo Methods in Reliability Estimation Based on Reduction of Prior Information, IEEE Tran. On Reliab., Vol. 42,No.4, 1993
84． Chao Anne, Modified Monte Carlo Technique for confidence limits of system Reliability using Pass Fail DATA, IEEE Trans. On Reliab., Vol.36． No. 1,1987:P109-112
85． 杜文辽，鲍雨梅，梁利华，贾高顺．多变量、多分布随机边界元法结构可靠性计算． 科技通报，2001，17(2)
2．高慎琴．化工机器．化学工业出版社．1992．5
3．赵杨．机械安全与分离机械产品的安全认证．过滤与分离．1998年1期
4．俞如有，黄文伟．国外碟式分离机机型现状及发展趋势．化工装备技术1990年4期
5．黄载生，周士森．弹性力学与应用．浙江大学出版社 1995．6
6．高淑之，金鼎五．开孔圆筒形转鼓的应力及壁厚计算——评《离心机转鼓强度计算公式探讨》．流体机械 V26(6)
7．朱企新，胡金榜，程金凤．离心机转鼓强度计算．化工与通用机械． 1981．8
8．程金凤．离心机转鼓鼓底强度变化的影响．流体工程．1984．6
9．石建明，朱萍，程金凤．离心机转鼓开孔应力计算方法于比较．化工机械．V23(5)
10．王祖荫．离心机转鼓壁边缘应力的计算方法．流体机械．1996年7月
11．王祖荫．关于离心机转鼓壁边缘区应力状况的讨论．流体机械．1997年1月
12．王德润，顾海明．碟式分离机转鼓的应力分析．流体工程．1984．6
13．顾海明，王德润．碟式分离机转鼓锁环的强度计算．流体工程．1985．2
14．B.A.BAJIAHJINH．有限元法对分离机转鼓强度计算的改进．流体工程．1985．2
15．吴家骥，周涌泉．碟式分离机原机全转速转鼓应力测试的研究．流体工程．1984．3
16．杨龙祥，高淑之．离心机转鼓应力电测技术研究．流体工程．1986．3
17．高淑之，杨龙祥．锥形转鼓应力分布的实验研究．流体工程．1986．5
18．王勖成，邵敏．有限单元法基本原理和数值分析．清华大学出版社．1997．5
19．范本隽，吴家骥．碟式分离机转鼓应力的有限元计算．化工装备技术．1990年4月
20．刘友宏，蒋培培．离心机转鼓整体三维有限元分析与强度计算．过滤与分离．1998(4)
21．贾海英．有限元法在离心机转鼓强度计算中的应用．制造业自动化．V23(8)
22．广东化工学院化机教研组．轴对称应力分析得有限元法及其在DHS-500转鼓设计计算中的应用．化工与通用机械．V77(11)
23．王少萍．工程可靠性．北京航空航天大学出版社．2000．6
24．何水清，王善．结构可靠性分析．国防工业出版社．1993．3
25．川崎义人．可靠性设计．机械工业出版社．1988．5
26．吴世伟．结构可靠度分析．人民交通出版社．1990．3
27．周广涛．计算机辅助可靠性工程．宇航出版社．1990．10
28．许琦．可靠性设计法在化工容器设计中的应用．江苏机械制造与自动化，2000(4)
29．吕震宙，冯蕴雯．结构可靠性问题研究的若干进展．力学进展．V30(1)，2002
30．秦权．随机有限元及其进展Ⅰ．随机场的离散和反应矩的计算．工程力学．1994 Vol．11 No．4
31．秦权．随机有限元及其进展Ⅱ．随机场的离散和反应矩的计算．工程力学．1995 Vol．12 No．11
32．郭书祥，冯元生，吕震宙．随机有限元方法与结构可靠性．力学进展．2000 Vol．30 No．3
33．刘正兴，王劲松．随机有限元在结构可靠性分析中应用．上海交通大学学报．V28(1)，1994
34．吴立言，刘更．齿轮可靠度计算的概率有限元法．机械传动．V16(2)，1992
35．尹健．随机有限元在结构强度可靠性分析中的应用．贵州工业大学学报．V27(2)，1998
36．刘宁，吕泰仁．随机有限元法及其工程应用．力学进展．V25(1)，1995
37．李兴代，李力．随机有限元法在钢筋砼结构可靠性分析中的应用．四川建筑科学研究．1996．01
38．逢启寿．矿山工程中有限元-可靠性分析方法．中国钨业．V146，1998
39．刘雄奇，刘更，吴立言．齿轮弯曲疲劳强度可靠性分析的新方法．航空动力学报．V10(2)，1995
40．周麟．房柱采矿法采场顶板的可靠性分析．金属矿山．N259，1998
41. Hasofer A M, Lind N C. Exact and invariant second-moment code format, J Eng Mech, Div, ASCE. 1974, 100(EM1):111～121.
42. Fiessler B, Neumann H J, Rackwitz R. Quadratic limit states in structural reliability, J Eng Mech, Div, ASCE. 1979, 105(EM4):661～676.
43. Feng Y S. The computation of failure probability for nonlinear safety margin equations. Reliability Engineering and System Safety. 1989, 26: 1～9.
44. Cornell C A. Bounds on the reliability of structural systems, J Struct Div, ASCE. 1967, 93(ST1): 171～200.
45. Ditlevsen O. Narrow reliability bounds for structural systems, J Struct Mech. 1979, 7: 453～472.
46. Feng Y S. A Method for computing structural system reliability with high accuracy. Comput & Struct. 1989, 33(1):1～5.
47．宋笔锋．结构体系失效概率计算方法研究．博士学位论文．西北工业大学．1994
48．张立．结构可靠性得近似解析法和数值—解析混合解法的研究．博士学位论文．西北工业大学．1995
49. Brown C B, Brown C B. A fuzzy safety measure, J Struct Mech Div. 1779, 105:855～872
50. Brown C B, James T P, Yao F. Fuzzy sets and structure engineerings, J Struct Eng. 1983, 109:1211～1225.
51. Sinozuka M. Monte Carlo Solution of Structural Dynamics. Computers & Structures. 1972, (2):855～861.
52. Handa K, Anderson K. Application of Finite Element Method in the Stochastical Analysis of Structures. Proc 3rd. ICOSSAR. 1981:409～414.
53．雷晓燕．有限单元法．中国铁道出版社．2000．10
54. Freudenthal A.M., Safty of structures, Trans. ASCE, 112,1947:P125～159.
55. Hasofer A.M., Lind N.C.J.Exact and invariant second-moment code format, Eng. Mech. Div. ASCE. 100,1,1974:P111～121.
56. Rackwitz R, et al. An Algorithm for Calculation of Structural Reliability under Combined loding. Munchen, 1977.
57. Attila Csenki. An Improved Carlo Method in structural Reliability, Reliability Engineering and System Safty, 24, 1988:P275～292.
58. Marseguerra M.. Nonlinear Monte Carol reliability analysis with blasing toward top event, Reliability Engineering and System Safty, 40, 1993:P31～42.
59．沈凤生，吴世伟．求解结构可靠度的蒙特卡罗法及其改进，结构安全度与可靠度分析论文集，河海大学出版社，1988
60．高而坤，叶军，吴世伟．同时算出结构可靠指标和验算点值的快速收敛蒙特卡罗法，河海大学学报，Vol．20，No．2，1992．
61. Guoliang Jin, Monte Carlo finite element method of structure reliability analysis, Reliability Engineering and Safety, 40, 1993:P77～83.
62．陈虬，刘先斌．随机有限元法及其工程应用，西南交通大学出版社，1993
63．张标标，徐志军等．基于ANSYS平台开发曲轴振动分析软件．车辆与动力技术．2001年第4期
64．陈卫军，崔勤等．基于ANSYS深基坑工程增量法计算的二次开发技术研究．中国市政工程2002年第2期
65．谭蔚，王泽军等．有限元方法在离心机转鼓强度分析中的应用．化工机器．Vol．29(2)，2002
66．刘晓云．结构可靠性分析中的数理统计问题．兰州铁道学院学报．Vol．13．No．2．1994
67．杜小平．利用蒙特卡罗法与数值解法相结合进行可靠度计算．机械强度．Vol．17．4．1995
68．孙海虹．结构可靠性分析改进的重要抽样法．武汉交通科技大学学报．Vol．18．No．3．1994
69．倪正顺，丁志平．有限元分析软件ANSYS及其在包装机械零件设计中的应用．包装机械．2002年6月
70．高学仕，齐明侠等．修井机井架的可靠性计算分析。石油机械．2001年10期
71．聂磊，钟毓宁，张业鹏等．基于ANSYS的缓冲包装结构可靠性分析方法．湖北工学院学报．2002年第4期
72．华旭刚，陈政清，祝志文等．桥梁风致颤振分析以及在ANSYS中的实现．重庆交通学院学报．2002年04期
73．程纬，孙利民，范立础等．ANSYS二次开发功能及其在双层高架桥墩地震倒塌仿真分析中的应用．计算机工程与应用．2002年13期
74．陈顺祥，王佑君，王本华等．SRM纤维缠绕壳体的蒙特卡罗随机有限元分析．推进技术．1998年02期
75．朱殿芳，陈建康，郭志学．结构可靠度分析方法综述．中国农村水利水电．2002年08期
76. Y.S. Feng, The development of a theory of mechanism reliability, Reliability Engineering and System Safty,41,1993:P95～99
77. Kuo-Shong Wang, A preliminary investigation of new mechanical product development based on reliability theory, Reliability Engineering and System Safety, 40, 1993:P187～194
78. Ang A H-S, Tang W. H. Probability Concept in Engineering Planning and Design, Jhon Wiley & Sons, New York, 1984
79. Marseguerra M. Nonlinear Monte Carlo reliability analysis with blasing toward top event,
Reliability Engineering and System Safety, 40,1993 :P31-42
80． Tanaka, Tsunehike, Monte Carlo elvalution of a dynamic reliability problem with an application to a case of partial cuts,Proc. Annu. Reliab. Maintain. Symp, Publ. By IEEE. NJ.USA, 1989:P108-113
81． Lewis E.E., Monte Carlo Reliability modeling by inhomogeneous markov processes, Reliab Eng. Vol.16, No. 4 1986:P227-296
82． Kummamonto Hiromitsu, New Monte Carlo methods for Evaluation System-Failure Probability, IEEE Trans. On Reliab. Vol.36 1987:P63-69
83． Arnold Baca, Examples of Monte Carlo Methods in Reliability Estimation Based on Reduction of Prior Information, IEEE Tran. On Reliab., Vol. 42,No.4, 1993
84． Chao Anne, Modified Monte Carlo Technique for confidence limits of system Reliability using Pass Fail DATA, IEEE Trans. On Reliab., Vol.36． No. 1,1987:P109-112
85． 杜文辽，鲍雨梅，梁利华，贾高顺．多变量、多分布随机边界元法结构可靠性计算． 科技通报，2001，17(2)