[发明专利]伸缩节可靠性疲劳寿命评估方法

说明书

本发明的伸缩节可靠性疲劳寿命评估方法，其具体步骤如下：步骤一，确定伸缩节产品的疲劳寿命的薄弱环节、对应的失效机理和影响疲劳寿命的敏感因素；步骤二，进行非线性仿真分析和疲劳寿命分析，建立伸缩节的有限元模型；步骤三，依据步骤一中所确定的敏感因素，确定影响伸缩节疲劳寿命的关键参数；应用实际测量数值对各关键参数进行统计分布拟合，采用蒙特卡洛重要抽样法完成关键参数的多次随机抽样；步骤四，进行伸缩节可靠性疲劳寿命的评估，将多次随机抽样后的样本参数输入已建立的伸缩节有限元模型，并对疲劳寿命分析结果进行统计分布拟合，在给定置信度下得到伸缩节的可靠性疲劳寿命。

技术领域

本发明属于机械装备可靠性与寿命预测技术领域，具体涉及一种伸缩节可靠性疲劳寿命评估方法。

背景技术

伸缩节，作为特高压输电线路的关键部件，主要用于补偿管道因温度变化而产生的伸缩变形，也用于管道因安装调整等需要的长度补偿。伸缩节的结构形式较多，按使用条件可分为安装伸缩节和温补伸缩节，按结构形式可分为通用型伸缩节、复式拉杆型伸缩节、直管压力平衡型伸缩节、铰链型伸缩节。伸缩节的组成部分包括法兰、波纹管、端管和支撑板等，其中主要工作部件及薄弱环节为波纹管。在轴向力、横向力和弯矩的作用下允许产生较大的变形，在工程技术中主要作为柔性段，用于补偿因热胀冷缩、机械位移或振动引起的管线、设备等尺寸变化或轴向、横向和角向位移。随着使用时间的增长，环境温度的周期性变化，伸缩节中的波纹管不断重复着拉伸-压缩的工作过程，承受着循环往复的拉伸-压缩应力。在循环应力的作用下，波纹管的应力集中部位会逐渐产生疲劳裂纹，进而导致漏气，影响正常的输电，由此造成的经济损失极其重大。

由于伸缩节为高可靠性、长寿命产品，传统的寿命试验方法具有试验周期长、耗资大、无法模拟真实使用工况的特点。并且同一批次的不同伸缩节产品由于零件材料、结构尺寸、装配工艺、工作载荷等的随机性影响，其疲劳寿命也大不相同，呈现出的分散性较大。因此，期望提出一种面向伸缩节产品的可靠性疲劳寿命评估方法。

发明内容

针对现有技术中不足之处，本发明的目的在于提出一种伸缩节可靠性疲劳寿命评估方法，其通过综合疲劳寿命仿真及随机抽样算法的进行伸缩节可靠性疲劳寿命评估。伸缩节的可靠性疲劳寿命评估方法包括：伸缩节失效机理和薄弱环节分析、伸缩节疲劳寿命仿真分析、伸缩节关键参数随机抽样、伸缩节可靠性疲劳寿命评估，并通过对伸缩节疲劳寿命数据的分析处理，实现对于零件材料参数、结构尺寸参数、装配工艺参数、工作载荷参数等随机性影响下的伸缩节可靠性寿命的快速预测。其克服了传统电气系统中输电线，例如，特高压输电线中的波纹管无补偿造成了电路变形短路的问题，并且克服了现有技术中无法模拟真实使用环境的热胀冷缩，例如，轴向位移，以及地震位移的问题。同时，其克服了现有技术中伸缩节可靠性疲劳寿命评估试验中只能单个零件进行的问题。

本发明的技术方案如下：

一种伸缩节可靠性疲劳寿命评估方法，其基于有限元仿真及随机抽样技术对伸缩节产品进行可靠性疲劳寿命评估，其具体包括如下步骤：

步骤一，确定伸缩节产品的疲劳寿命的薄弱环节，所述薄弱环节为波纹管，确定所述薄弱环节对应的失效机理为疲劳失效和影响疲劳寿命的敏感因素；所述敏感因素为所用伸缩节各组成零件的材料、装配模型、环境条件、边界条件及工作载荷剖面；

步骤二，根据所用伸缩节各组成零件的材料、装配模型、环境条件、边界条件及工作载荷剖面，进行非线性仿真分析和疲劳寿命分析，建立伸缩节的有限元模型；

步骤三，依据步骤一中所确定的敏感因素，确定影响伸缩节疲劳寿命的关键参数；

所述关键参数包括波纹管的尺寸、伸缩节的装配误差、伸缩节的工作载荷以及伸缩节的环境载荷，应用整个伸缩节的实际测量数值对各关键参数进行统计分布拟合，所述分布拟合包括正态分布和威布尔分布，

所述正态分布的概率密度函数为：