文档介绍：1
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2003 年第 6 期低温工程 No 6 2003
总第 136 期 CRYOGENICS Sum No 136
制冷压缩机阀片的流体振荡可靠性分析
杨健
Ξ
(浙江大学化工机械研究所杭州 310027)
摘要为了预测受流体冲击的制冷压缩机阀片可靠性, 通过引入非线性流体
振荡条件, 建立流体结构耦合分析的边界积分方程及求解格式, 采用等效均值和离
差的线性化处理进行可靠度指标计算, 提出了流体振荡可靠性分析边界元数值方
法。针对 B67 - 30G半封闭制冷压缩机进、排气阀片结构动力可靠性分析显示, 该
方法能快速、有效地预测阀片结构在流体振荡下的总体性能, 为新型阀片的优化和
可靠性设计提供依据。
主题词制冷压缩机阀片可靠性分析边界元
1 引言
制冷压缩机的进、排气阀片是活塞式压缩机的主要易损零件之一, 国内外关于这类机械
结构设计的探讨很多。在不断进行新材料和新结构开发同时, 研究其结构可靠性和评价其工
作性能, 对新型阀片设计具有特别重要的意义, 也是提高制冷压缩机工作性能和安全性的技
术关键[1 ] 。文献和调研获知, 国内的研究仍主要集中于静态或动态结构应力强度极限分析和
性能测试等方面, 还建立在传统的结构强度分析设计理论之上, 结构运动分析主要借助于数
值模拟进行[2 ] 。
研究发现, 传统的机械结构强度计算、分析与设计理论, 主要是将结构强度和施加于结
构上的力视为确定量, 用极限准则来进行失效判别。因此, 存在的问题是: (1) 各种参数都
视为确定的点值, 不考虑其分布和随机特性, 不能正确评价阀片等这类受流体冲击的结构性
能, 因为, 实际中其载荷不仅具有周期性振荡特征, 而且由于材料非线性, 其强度和响应又
各具有随机散布特征; (2) 尚无与结构动力可靠性直接相关的评价方法, 无法获得参数散布
对结构动力可靠度的量化作用, 因而不能直接用于求解阀片等流体结构的可靠度; (3) 按极
限状态给出的安全系数过多依赖于经验估计, 存在较大的主观成分, 无法实现概率设计, 不
浙江省自然科学基金资助项目(502092) 。杨健, 男, 34 岁, 博士。
修改稿于 2003 年 6 月收到。
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能做到“尽可能将材料性能利用到极限, 使其能更加轻巧而富有柔性”, 而这对于阀片创新
设计具有特别重要的意义。因此, 如何合理地处理流体载荷的冲击作用和实际参数的随机分
布, 又如何给出流体动力作用下的结构可靠性预测, 进而指导机械结构的概率设计, 是制冷
压缩机阀片结构优化设计的新理论核心。
本文研究拟通过直接对阀片结构引入非线性流体振荡条件, 建立流体与结构耦合分析的
边界积分方程及求解格式, 采用等效均值和离差的线性化处理进行可靠度指标计算, 提出非
线性流体振荡可靠性分析边界元数值方法。并针对 B67 - 30G半封闭制冷压缩机进、排气阀
片进行结构动力可靠性分析, 作为新型阀片结构优化和可靠性设计的依据。
2 阀片的流体振荡模型
舌簧阀片的主要损坏形式, 是由于阀片受气流振荡及撞击引起的附加应力大而疲劳断
裂。因此预测阀片可靠性和工作寿命, 首先要