动力伺服刀架密封结构可靠性灵敏度分析

论文摘要

动力伺服刀架是车削加工中心及车铣复合加工中心的核心功能部件,其可靠性、精度和刚度等指标在很大程度上决定了整台机床的性能。而密封结构又是动力伺服刀架中的关键部件,它的设计水平直接决定整个动力伺服刀架的性能。在工作中,密封结构的几何尺寸、载荷、材料属性等均具有一定的随机性,如果该结构设计不合理,就会导致其在工作过程中出现失效,进而造成损失。因此,对密封结构进行可靠性研究具有重要的理论意义和工程使用价值。本文充分借鉴了国内外专家学者对密封结构受载后应力、应变分析结果,同时吸取结构可靠性灵敏度设计研究成果的基础上,对动力伺服刀架中密封结构的可靠性问题进行了深入的研究。首先,建立密封结构的二维参数化模型。利用有限元仿真分析软件直接建立简化后的二维模型,同时对此过程进行参数化处理。这样,只需更改设计参数可以实现密封模型的自动修改,增强了分析的灵活性,提高了设计效率；其次,引入神经网络理论,并将该技术应用于结构可靠性和可靠性灵敏度分析领域。充分利用神经网络的非线性映射、任意函数逼近等功能拟合出密封结构响应与随机变量之间的函数关系式。根据神经网络拟合出的函数关系式,采用一次二阶矩法和蒙特卡洛法计算出密封结构的可靠度和密封结构各随机变量对可靠度的灵敏度；最后,对本文中单位互不相同基本随机变量的可靠性灵敏度进行了无量纲化处理,并在Matlab软件中绘制了可靠度对各基本随机变量的均值灵敏度柱状图和方差灵敏度柱状图,定量、直观地分析了可靠性对各个基本随机变量的影响程度。为产品在设计阶段提供了理论参考,有着积极地现实意义和理论价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外对O形密封圈研究现状与进展
• 1.3 结构可靠性研究的现状与进展
• 1.4 人工神经网络研究的发展与现状
• 1.5 本文研究的主要内容
• 1.6 论文的总体结构
• 第2章 橡胶材料特性和可靠性的基本理论
• 2.1 橡胶的材料特性
• 2.2 非线性连续介质力学基础
• 2.2.1 橡胶的本构方程建立
• 2.2.2 Mooney-Rivlin模型中常数的确定
• 2.3 非线性问题的有限元基础
• 2.3.1 非线性有限元法求解流程
• 2.3.2 非线性方程组的求解方法
• 2.4 可靠性基本理论的数学基础
• 2.4.1 Kronecker代数理论简介
• 2.4.2 二阶矩与四阶矩技术
• 2.4.3 Edgeworth级数
• 2.4.4 可靠性指标的定义
• 2.5 可靠性的计算方法
• 2.5.1 近似解析法
• 2.5.2 蒙特卡罗抽样法
• 2.5.3 响应面法
• 2.6 可靠性灵敏度的设计方法
• 2.7 本章小结
• 第3章 密封结构静力学有限元分析
• 3.1 有限元软件ANSYS简介
• 3.2 密封结构模型建立及简化
• 3.2.1 密封结构模型及工作原理
• 3.2.2 密封结构的实体模型简化
• 3.2.3 O形密封圈的接触问题分析与假设
• 3.3 O形密封圈有限元模型建立与静力学分析
• 3.3.1 有限元模型建立
• 3.3.2 定义初始边界条件
• 3.3.3 设置材料属性
• 3.3.4 设置分析选项
• 3.3.5 计算结果分析
• 3.4 O形密封圈失效准则和失效判据
• 第4章 iSIGHT软件平台搭建及密封结构可靠性灵敏度设计
• 4.1 iSIGHT软件介绍
• 4.2 可靠性软件过程集成平台搭建
• 4.2.1 密封结构随机变量的选择
• 4.2.2 iSIGHT软件过程集成的前期准备
• 4.2.3 iSIGHT软件的试验设计过程
• 4.3 用BP神经网络技术进行功能函数拟合
• 4.3.1 BP神经网络技术
• 4.3.2 BP算法原理
• 4.3.3 BP学习算法的实现步骤
• 4.3.4 BP网络设计技巧
• 4.3.5 样本抽取与函数拟合
• 4.4 基于均值一次二阶矩法的密封结构可靠性分析
• 4.5 密封结构的可靠性灵敏设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间获奖情况