[发明专利]基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法

权利要求书

1.基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法，其特征在于，包括：

基于应力-强度干涉模型分别构建锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数、锤片磨损失效模式的功能函数、锤片式转子共振失效模式的功能函数；

通过所述锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数、锤片磨损失效模式的功能函数、锤片式转子共振失效模式的功能函数，确定其各自的边缘分布函数，进而计算多失效模式下秸秆揉碎机锤片式转子的可靠度，并进行多目标优化设计，得到最优解；

基于所述应力-强度干涉模型构建锤片式转子共振失效模式的功能函数，计算所述锤片式转子的振动可靠度；其中，所述构建锤片式转子共振失效模式的功能函数的过程包括：建立锤片式转子三维模型，并将所述锤片式转子三维模型导入到有限元软件中，对所述锤片式转子进行结构网格划分，设置材料属性以及约束条件，施加重力载荷，根据锤片式转子的实际旋转方向施加旋转速度，将秸秆揉碎机内气流-散碎物料耦合流场压力通过静力学模块加载到锤片式转子结构耦合面上，最后在模态分析模块中进行预应力模态求解，得到锤片式转子的低阶模态频率和振型；

采用Six sigma方法确定所述锤片式转子模态频率的分布规律，并计算其均值和方差；基于拉丁超立方实验设计法生成样本数据，采用偏最小二乘法建立固有频率的数学模型，基于锤片式转子共振失效模式的功能函数，计算所述锤片式转子的振动可靠度。

2.根据权利要求1所述的基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法，其特征在于，通过所述应力-强度干涉模型构建所述锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数，计算所述锤片式转子的疲劳可靠度，并采用断裂力学方法对所述锤片式转子进行疲劳寿命预测。

3.根据权利要求2所述的基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法，其特征在于，通过所述应力-强度干涉模型构建所述锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数的过程包括：

首先，采用计算流体力学CFD与离散元DEM耦合方法对秸秆揉碎机内气流-散碎物料耦合流场进行数值计算；并基于双向流固耦合方法对耦合流场与锤片式转子结构进行计算，获取锤片式转子应力分布规律与最大应力载荷谱；

其次，通过Matlab编程将锤片式转子最大应力载荷谱分别与正态、指数、威布尔、伽玛以及瑞丽分布进行分布规律拟合，获取所述锤片式转子最大应力分布规律；

最后，锤片式转子的最大工作应力和材料强度的分布规律确定后，基于所述应力-强度干涉模型建立所述锤片式转子疲劳断裂失效模式的功能函数，计算所述锤片式转子的疲劳可靠度。

4.根据权利要求3所述的基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法，其特征在于，所述采用断裂力学方法对所述锤片式转子进行疲劳寿命预测的过程包括：

确定关键部件锤片式转子应力最大的薄弱零件，选取薄弱零件作为研究对象，确定所述薄弱零件在加工过程中产生初始裂纹的形式和长度，根据裂纹扩展准则K准则，结合Paris公式对薄弱零件发生疲劳断裂时的损伤容限寿命进行预测，进而预测出揉碎机锤片式转子的疲劳寿命。

5.根据权利要求1所述的基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法，其特征在于，通过锤片磨损量变化规律构建锤片磨损量预测模型，然后基于所述应力-强度干涉模型建立所述锤片磨损失效模式的功能函数，计算所述锤片磨损可靠度；其中，所述构建锤片磨损量预测模型的过程包括：

首先，采用计算流体力学CFD、离散元DEM与Archard磨损模型耦合方法建立特定喂入量与锤片式转子转速下锤片磨损量随时间的变化规律；

其次，对影响锤片磨损性能的因素进行分析，确定锤片式转子转速、喂入量对所述锤片磨损量变化的影响规律；

最后，采用均匀试验设计方法提取不同喂入量与锤片式转子转速工况下锤片磨损量数据，通过偏最小二乘法统计锤片磨损规律，建立所述锤片磨损量预测模型。

6.根据权利要求5所述的基于多失效模式的秸秆揉碎机锤片式转子可靠性分析方法，其特征在于，验证所述锤片磨损量预测模型，并基于所述应力-强度干涉模型建立所述锤片磨损失效模式的功能函数，采用蒙特卡洛方法计算锤片磨损失效时间以及所述锤片磨损可靠度。