可靠性测试课程报告

机械工程的可靠性测试
【摘要】机械工程设计是一个较为复杂且系统的领域,由于机械产品较多,并且大部分产品都需要较高的可靠性,为此,可靠性设计成为机械工程及其相关产品设计中较为重要的环节之一。

目前,比较常用的机械工程可靠性设计方法有很多, 这其中，近年发展起来并且广为应用的有限元分析方法解决了传统力学所难以解算的高元非线性工程结构，系统，具有开拓性的意义。

本文就一个简单的简支架机构仿真介绍以有限元分析为工具的可靠性测试原理和一般步骤。

【关键词】机械工程；工程结构；可靠性测试；有限元分析；简支架机构仿真；
一、可靠性测试在机械工程中的作用
随着科学技术的飞速发展,人们不仅需要多功能的产品,而且要求产品能可靠地实现人们所需的功能,因此,一种以产品的可靠性为目的的设计技术——可靠性设计应运而生,并在短短的五、六十年里得到迅速发展和广泛应用。

1、意义：
1)提高产品可靠性,可以防止故障和事故的发生,尤其是避免灾难性的事故发生.86年1月28日,美航天飞机”挑战者号”由于1个密封圈失效,起飞76S后爆炸,其中7名宇航员丧生,造成12亿美元的经济损失;92年我国发射”澳星号”时由于一个小小零件的故障,发射失败,造成了巨大的经济损失和政治影响.
2) 提高产品的可靠性,能使产品总的费用降低.提高产品的可靠性,首先要增加费用,如选用好的元器件,研制部分冗余功能的电路及进行可靠性设计、分析、实验，这些都需要经费，然而，产品可靠性的提高使得维修费及停机检查损失费大大减小，使总费用降低。

3）提高产品的可靠性，可以减少停机时间，提高产品可用率，一台设备可顶几台用，可以发挥几倍的效益。

美国GE公司经过分析认为，对于发电、冶金、矿山、运输等连续作业的设备，即使可靠性提高1%，成本提高10%也是合算的。

4）对于公司来讲，提高产品的可靠性，可以改善公司信誉，增强竞争力，扩大市场份额，从而提高经济效益。

二、有限元法在机械工程中的应用
有限元法是一种高效能、常用的计算方法。

有限元法在早期是以变分原理为基础发展起来的，随着计算机技术的广泛应用，有限元法已经发展成为一种先进的 CAE 技术，广泛应用于各个工程领域，解决复杂的设计和分析问题，已成为工程设计和分析中的重要工具。

有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司。

除此之外，常用的工程建模辅助工具CAD都内置了各种有限元插件，如SolidWorks，UG，proe等，都可以一定程度的解决常见的工程问题。

三、简支架机构仿真测试实验
本实验以solidworks 2012建立模型，结合有限元插件SolidWorks simulation进行有限元仿真分析其受力后的应力分布，各点应变及系统的安全系数，并作出报告。

1、工程受力模型示意图
F2
F1
固定端
其中F1=500N，F2=600N，长度为360mm和250mm,横截面50x50mm，材料为普通碳钢，求其应力分布，应变分布及安全系数。

2、仿真场景截图
3、报告。

模拟对象为 简支架
日期: 2015年4月6日 设计员: 叶宗杰
算例名称: 简支架可靠性分析 分析类型: 静态
Table of Contents
说明 (3)
假设 ........................................... 错误!未定义书签。

模型信息.................................... 错误!未定义书签。

算例属性. (5)
单位 .......................................................................... 5 材料属性................................................................... 6 载荷和夹具............................................................... 6 接头定义................................................................... 7 接触信息.................................... 错误!未定义书签。

网格信息................................................................... 7 传感器细节............................................................... 8 合力 .......................................................................... 9 横梁 ........................................................................ 10 算例结果................................................................. 10 结论 (12)
说明
无数据
模型信息
模型名称: 简支架
当前配置: 默认
实体
文档名称和参考引用视为容积属性文档路径/修改日期
圆角2
实体
质量:10.9535 kg
体积:0.00140429 m^3
密度:7800 kg/m^3
重量:107.344 N
E:\资料\作业\可靠性测试\
叶宗杰--20121004316\简支
架.SLDPRT
Apr 06 22:36:23 2015
算例名称简支架可靠性分析
分析类型静态
网格类型实体网格
热力效果: 打开
热力选项包括温度载荷
零应变温度298 Kelvin
包括SolidWorks Flow Simulation 中的液压效应关闭
解算器类型FFEPlus
平面内效果: 关闭
软弹簧: 关闭
惯性卸除: 关闭
不兼容接合选项自动
大型位移关闭
计算自由实体力打开
摩擦关闭
使用自适应方法: 关闭
结果文件夹SolidWorks 文档(E:\资料\作业\可靠性测试\叶宗杰
--20121004316)
单位
单位系统: 公制(MKS)
长度/位移mm
温度Kelvin
角速度弧度/秒
压强/应力N/m^2
模型参考
属性
零部件
名称:
普通碳钢 模型类型: 线性弹性同向性 默认失败准则: 最大 von Mises 应力
屈服强度: 2.20594e+008 N/m^2 张力强度: 3.99826e+008 N/m^2 弹性模量: 2.1e+011 N/m^2 泊松比: 0.28
质量密度: 7800 kg/m^3 抗剪模量: 7.9e+010 N/m^2 热扩张系数: 1.3e-005 /Kelvin
SolidBody 1(圆角2)(简支架)
曲线数据:N/A
载荷和夹具
载荷名称 装入图象 载荷细节
力-1
实体: 1 边线 参考: 边线< 1 > 类型: 应用力 值: ---, ---, -500 N
力-2
实体: 1 边线
参考: 边线< 1 >
类型: 应用力
值: ---, ---, 600 N
接头定义
无数据
网格信息
网格类型实体网格
所用网格器: 标准网格
自动过渡: 关闭
包括网格自动环: 关闭
雅可比点 4 点
单元大小 4 mm
公差0.2 mm
网格品质高
网格信息- 细节
节点总数355056
单元总数244906
最大高宽比例 4.9046
单元(%)，其高宽比例< 3 99.9
单元(%)，其高宽比例> 10 0
扭曲单元(雅可比)的% 0
完成网格的时间(时;分;秒): 00:00:37
计算机名: ORJFNBAPGUS9D5Z
网格控制信息
:
网格控制名称
网格控制图像
网格控制细节
控制-1
实体: 3 面 单位: mm 大小: 2
比率: 1.5
传感器细节
无数据
反作用力
选择组单位总和X 总和Y 总和Z 合力
整个模型N -499.957 -0.00951517 -599.83 780.867
反作用力矩
选择组单位总和X 总和Y 总和Z 合力
整个模型N-m 0 0 0 0
无数据
算例结果
名称类型最小最大
应力1VON:von Mises 应力2890.74 N/m^2
节: 284812 4.94906e+007 N/m^2 节: 3773
简支架-简支架可靠性分析-应力-应力1
名称类型最小最大
位移1URES:合位移0 mm
节: 1 0.230659 mm 节: 3773
简支架-简支架可靠性分析-位移-位移1
名称类型最小最大
应变1ESTRN :对等应变 1.01038e-008
单元: 91495 8.54077e-005 单元: 35856
简支架-简支架可靠性分析-应变-应变1
名称类型最小最大
安全系数1自动22.2865
节: 3773 381553 节: 284812
简支架-简支架可靠性分析-安全系数-安全系数1结论：。