相国寺储气库压缩机活塞杆断裂故障分析研究

压缩机组是地下储气库重要的地面工程设备,其安全可靠运行对储气库的注采生产起着至关重要的作用。针对相国寺储气库KBU/6型往复式压缩机的多次活塞杆断裂相似故障问题,通过金属性能检测和有限元法模拟分析,研究活塞杆发生一次性快速断裂的故障原因。研究结果表明:活塞杆材料金属组织存在带状偏析的不均匀缺陷;活塞杆满足强度要求,但最大变形出现在活塞杆与活塞连接部位,且活塞杆阶梯角位置处应力集中明显;可以排除共振原因而造成的破坏。结论认为,活塞杆断裂原因除金属材料组织存在一定缺陷外,工作振动造成活塞杆位移不均匀,出现偏心现象致使应力集中是断裂失效的主要因素,可为同类设备类似故障分析提供参考。

不同金相等级活塞的有限元分析

活塞材料的微观金相结构对活塞工作性能具有重大影响。通过试验检测不同金相等级活塞的物理及机械性能,并采用有限元软件ANSYS对不同活塞的温度场、热应力场、热机耦合场进行模拟分析,研究活塞金相差异对活塞热负荷和热机负荷的影响。结果表明,随着微观金相等级的降低,活塞最高温度、最大热机耦合应力和最大变形量均呈现增大趋势,活塞最大许用应力呈现减小趋势,活塞可靠性呈现下降趋势。

热障涂层活塞热应力高阶控制体有限元法研究

为研究热障涂层(thermal barrier coating, TBC)活塞热应力问题,本文发展了一种针对复合材料热力问题的三维高阶控制体有限元法(CV-FEM).我们基于10点高阶四面体单元,对控制方程数值离散过程做了详细推导;利用交错网格技术,将待解变量及材料物性参数分别存储在单元节点以及单元中心;采用高阶CV-FEM对圆环热应力问题进行了数值验证,计算结果与ANSYS吻合良好;数值模拟了层和型及功能梯度型(functional graded material, FGM)活塞热应力问题.结果表明:活塞的最大温度位于燃烧室与活塞顶面的交界区域;最大应力位于粘结层附近,改变层和型TBC活塞材料组分、材料分布或改变FGM TBC活塞的材料梯度系数,均不能有效降低最大应力幅值;通过在粘结层内引入材料属性由金属基体材料到粘结剂材料过渡的FGM,可以有效降低层合型及功能型TBC活塞涂层内应力幅值,使应力幅值下降20%~30%,改善了应力集中问题.

离合器活塞断裂失效的案例分析

基于某型舵机的通道离合器活塞在使用过程中出现凸台断裂,研究产生断裂的原因,首先对舵机的工况进行了分析,通过理论计算和有限元仿真相结合估算了断裂处的冲击载荷,发现断裂部位的估算冲击载荷并未超出材料的许用值。然后对离合器活塞进行了外观观察、微观观察、金相检查、硬度测试,根据分析认为该离合器活塞在工作过程中受到冲击后,凸台损伤处萌生裂纹并扩展最终发生断裂。