碩士博士答辯模板

.,風(fēng)電齒輪箱可靠性建模理論的研究進展,匯報人：安宗文流動站名稱：機械工程,蘭州理工大學(xué)博士后研究工作匯報,.,匯報提綱,研究背景及意義研究內(nèi)容及結(jié)果總結(jié)及展望,.,1.研究背景及意義,未來五年，中國風(fēng)電增速將放緩，努力提高機組運行可靠性將成為行業(yè)未來發(fā)展的首要任務(wù)。來源：朱俊生,2011中國風(fēng)電大會暨展覽會,1.1行業(yè)背景,.,1.研究背景及意義,來源：GearboxModelingandLoadSimulationofaBaseline750-kWWindTurbineUsingState-of-the-ArtSimulationCodes.TechnicalReport,NREL/TP-500-41160,February2009.,Downtimehoursaccumulatedfrom2003to2007forwindturbinesoperatinginGermany,.,1.研究背景及意義,風(fēng)電機組主要失效零部件故障率對比圖,來源：王碧石,1.5MW風(fēng)電機組齒輪箱關(guān)鍵部件的靜力與疲勞壽命分析,寧夏大學(xué)碩士學(xué)位論文,2012.,.,1.研究背景及意義,1.2技術(shù)背景,國際標(biāo)準(zhǔn)及我國國家標(biāo)準(zhǔn)要求“在主機正常運轉(zhuǎn)情況下，齒輪箱的使用壽命應(yīng)不小于20年”。,.,1.研究背景及意義,我國已將“大型風(fēng)電機組運行可靠性”部署為風(fēng)電機組研究領(lǐng)域的前沿問題之一。來源：2011-2020年我國能源科學(xué)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報告(第4稿),1.3學(xué)科背景,.,1.研究背景及意義,可靠性分析算命可靠性設(shè)計延壽,1.4研究意義,理論模型,零件：疲勞載荷作用下齒輪箱零件失效的概率判據(jù)系統(tǒng)：齒輪箱各組成零件失效過程相關(guān)性的數(shù)學(xué)表征,切入點,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,2.1周期性變幅疲勞載荷作用下的零件可靠度模型,表3.1某風(fēng)場風(fēng)速記錄(瑞好風(fēng)電場，位于黑龍江省大慶市),來源：,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,圖3.1隨機風(fēng)速時程曲線,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,圖3.2齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩的時程曲線,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,圖3.3齒輪箱周期性載荷時程曲線,載荷定義：在一個工作周期內(nèi)載荷幅值分別為S1,S2,Sk,各級載荷作用的次數(shù)分別為n1,n2,nk，每個周期內(nèi)k級疲勞載荷按照1,2,k的順序依次加載。,.,式中，Y(0)為初始靜強度，SP為疲勞破壞時的疲勞載荷峰值，Y(n)為載荷作用后的剩余強度，n、N分別為載荷作用的循環(huán)次數(shù)和循環(huán)壽命，c為該載荷作用下的剩余強度退化參數(shù)。,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,Schaff提出的剩余強度模型來源：SchaffJR,DavidsonBD.Lifepredictionmethodologyforcompositestructures.PartConstantamplitudeandtwostresslevelfatigueJ.JournalofCompositeMaterials,1997,31(2):128-157.,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,參考文獻21提出多級載荷作用下剩余強度模型來源：敖波,張定華,趙歆波.多級載荷作用下剩余強度的估算J.機械強度,2007,29(3):463-467.,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,本文推導(dǎo)出周期性疲勞載荷作用下的剩余強度模型來源：安宗文,鄭堃,黃建龍.周期性疲勞載荷作用下的應(yīng)力-強度干涉模型.電子科技大學(xué)學(xué)報,2013,42(2):306-310.,首先計算載荷作用若干完整周期后的剩余強度，然后以完整周期后的剩余強度為初始強度，計算載荷作用最后一個不完整周期后的剩余強度。,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,周期性疲勞載荷作用下的結(jié)構(gòu)可靠度模型,采用通用生成函數(shù)法求解上式表述的概率值,.,2.研究內(nèi)容及技術(shù)路線,算例：45#鋼初始強度服從正態(tài)分布，均值為833.6MPa，標(biāo)準(zhǔn)差為8.336MPa。分別在3級疲勞載荷作用下對試件進行疲勞壽命試驗，結(jié)果如表3.2。,表3.245#鋼疲勞試驗數(shù)據(jù)來源：姚衛(wèi)星.結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析,2003.,機械零件工作中承受周期性疲勞載荷作用，上述3級載荷為一個完整周期內(nèi)所有載荷，每個完整周期內(nèi)的工作循環(huán)次數(shù)分別40、10、30。計算nt=24250-24950時零件可靠度。,.,2.研究內(nèi)容及技術(shù)路線,圖3.5零件可靠度原始曲線及擬合曲線,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,2.2考慮失效模式相關(guān)的齒輪動態(tài)可靠度模型,齒輪的單個輪齒承受周期性脈動循環(huán)作用，不同于齒輪箱其他零件(軸類零件)的載荷作用規(guī)律。,齒輪失效模式（齒根彎曲疲勞失效、齒面接觸疲勞失效、磨損失效）之間是否相互影響。,順序統(tǒng)計量,Copula函數(shù),.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,p：行星輪；r：內(nèi)齒輪（固定）；c：行星架；s：太陽輪；4：一級主動斜齒輪；5：一級從動斜齒輪；6：二級主動斜齒輪；7：二級從動斜齒輪；Tin：輸入扭矩；Tout：輸出扭矩；gi：滾動軸承代號；i代表軸承的編號，i1，2，8。,圖4.11.5MW風(fēng)電齒輪箱的結(jié)構(gòu)簡圖,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,圖4.2太陽輪s齒根彎曲疲勞動態(tài)可靠度,圖4.16太陽輪s齒面接觸疲勞動態(tài)可靠度,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,考慮齒輪疲勞壽命的不確定性，可將該壽命視為一個服從某種分布的隨機變量。假設(shè)齒輪齒根彎曲疲勞壽命服從對數(shù)正態(tài)分布。,圖4.2太陽輪s齒根彎曲疲勞動態(tài)可靠度,圖4.9太陽輪s齒根彎曲疲勞壽命分布函數(shù)曲線,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,圖4.30太陽輪s兩種失效模式下壽命分布函數(shù)的二元直方圖,上尾相關(guān),.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,圖4.31GumbelCopula函數(shù)的分布密度,分布函數(shù)為：,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,圖4.31失效模式相關(guān)條件下太陽輪s動態(tài)可靠度,.,2.研究內(nèi)容及技術(shù)路線,2.3風(fēng)電齒輪箱系統(tǒng)可靠性模型,由400萬個的零件，每個零件可靠度為0.999999。按零件相互獨立的串聯(lián)模型計算得到客機可靠度為0.0183。,“遙十火箭飛行可靠性達(dá)0.9867，比遙九火箭提高0.2”。來源：中國運載火箭技術(shù)研究院黨委書記梁小虹,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,零件相互獨立的假設(shè)對電子系統(tǒng)而言，有時是不正確的；但對機械系統(tǒng)而言，這樣的假設(shè)幾乎總是錯誤的。來源：OConnorPDT.Commentary:ReliabilityPast,present,andfuture.IEEETransactionsonReliability,2000,49(4):335-341.,“機械系統(tǒng)中各零件的失效既不是相互獨立，也不是完全相關(guān)”。來源：謝里陽,王正,周金宇,等.機械可靠性基本理論與方法M.北京:科學(xué)出版社,2008,.,2.研究內(nèi)容及結(jié)果,將齒輪箱簡化為由7個齒輪串聯(lián)而成的系統(tǒng)，用Copula函數(shù)描述任意兩齒輪失效過程的相關(guān)性。,.,2.研究內(nèi)容及技術(shù)路線,求解步驟：(1)確定各齒輪壽命隨機變量的邊緣分布；(2)選取一個適當(dāng)?shù)腃opula函數(shù)，以便能夠很好地描述各壽命隨機變量之間的相關(guān)結(jié)構(gòu)；(3)估計Copula函數(shù)中的相關(guān)程度參數(shù)；(4)根據(jù)選擇出的Copula函數(shù)和相關(guān)程度參數(shù)，計算齒輪箱系統(tǒng)可靠度。,.,2.研究內(nèi)容及技術(shù)路線,圖5.1太陽輪s壽命分布曲線,圖5.2行星輪p壽命分布曲線,假設(shè)壽命服從對數(shù)正態(tài)分布,.,2.研究內(nèi)容及技術(shù)路線,圖5.8太陽輪s和行星輪p壽命分布函數(shù)的二元直方圖,對稱相關(guān),.,2.研究內(nèi)容及技術(shù)路線,圖5.9FrankCopula函數(shù)的分布密度圖,FrankCopula函數(shù)分布函數(shù)為：,.,2.研究內(nèi)容及技術(shù)路線,表5.2齒輪箱齒輪壽命相關(guān)程度參數(shù)估計,取表5.2中各相關(guān)程度參數(shù)的均值作為齒輪箱系統(tǒng)整體相關(guān)程度參數(shù)，得。,.,2.研究內(nèi)容及技術(shù)路線,圖5.10齒輪箱系統(tǒng)可靠度隨時間的變化曲線,.,3.總結(jié)與展望,總結(jié)：(1)影響其風(fēng)電齒輪箱可靠度（壽命）的因素眾多。本文僅從載荷作用規(guī)律及失效相關(guān)性的角度定量探討齒輪箱可靠度的演化規(guī)律；(2)為使問題簡化，建模過程中仍有許多假設(shè)條件，這些條件本身需要工程實踐的檢驗；(3)上述階段性成果對建立我國大型風(fēng)電機組及其核心部件設(shè)計的基礎(chǔ)理論體