产品剩余寿命预测方法与可再制造性评估研究

论文摘要

目前,随着经济的飞速发展和人口的迅猛增长,水、土地能源和矿产资源的缺乏将越来越严重,迫切需要节约能源和环境保护。这就意味着大力发展循环经济,加速构建节约型社会的要求显得尤为重要和迫切。绿色再制造工程是以产品的全生命周期设计和管理为指导,以优质、高效、节能、环保为目标。以先进技术和产业化生产为手段,对废旧产品进行修复和改造等一系列技术措施和工程活动的总称。它是发展循环经济和构建节约型社会的重要途径之一。产品再制造的可行性和可行度是发展再制造产业首要面临的问题,特别是产品附加值(人力、能源等)高的关键零部件是否可以修复而不需要进行替换。零件失效的主要形式有断裂、腐蚀、磨损和变形,其中,磨损、腐蚀、变形都比较直观或者易于检测,只有引起断裂的疲劳寿命不易检测,因此研究再制造产品关键零件剩余疲劳寿命和产品的再制造性对我国的再制造产业的发展具有重要意义。本文围绕再制造零件剩余疲劳寿命预测以及其可再制造性两个方面,以再制造盾构机刀盘为例进行剩余疲劳寿命预测；以盾构机刀盘为例进行产品再制造性综合评估。其中利用CATIA软件中的Machine Design机械设计模块创建EPBΦ6.28m土压平衡式盾构机的刀盘模型。而分析用的软件是CATIA软件中的Analysis & Simulation自动网格划分和有限元分析模块。再制造零件疲劳寿命评估方法,即通过标准试样拉伸、疲劳试验以及估算获得材料特性；通过几何建模、动态仿真获得载荷；通过有限元分析获得局部应力；最后将获得的材料特性、载荷和局部应力带入相应的疲劳损伤模型,便可以预测零件的疲劳寿命。在此基础上发展了基于有限元的疲劳寿命预测模型。利用盾构机刀盘验证了该疲劳寿命预测模型的实用性。本文主要分析特殊工况状态下的刀盘载荷情况,进行有限元静力学和动力学分析,得到相应的局部应力。对产品进行合理的再制造性评估,可以确定产品是否适合进行再制造,同时为企业安排生产计划、进行生产管理提供了前提条件。本文在对已报废产品再制造性评估和产品设计再制造性评估的分析基础上,提出了一个综合上述两种方法的再制造性评估体系。这对后续的再制造生产以及企业管理提供了指导性的意见。针对盾构机刀盘再制造,结合广州地铁四号线使用的小松盾构机再制造为实例,利用数据明确的盾构机刀盘再制造的流程和综合评价。对于其他产品设计和再制造过程中制定再制造可行性分析具有指导意义,并且对于类似产品再制造流程优化有借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 本论文的研究背景
• 1.2 再制造工程
• 1.2.1 再制造工程的内涵
• 1.2.2 再制造工程在产品全寿命周期中的位置
• 1.2.3 再制造流程
• 1.2.4 再制造与维修比较
• 1.2.5 再制造和再循环生产的区别
• 1.3 再制造的现状
• 1.3.1 国外研究状况
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 再制造国内外研究动态
• 1.4 盾构机刀盘的再制造
• 1.4.1 盾构机刀盘概述
• 1.4.2 盾构机刀盘的基本结构
• 1.4.3 盾构机刀盘再制造过程
• 1.5 本课题的主要研究内容
• 第2章 再制造零件剩余疲劳寿命评估模型
• 2.1 概论
• 2.1.1 再制造零件剩余疲劳寿命评估方法
• 2.1.2 再制造零件剩余疲劳寿命评估
• 2.2 再制造零件疲劳寿命评估模型
• 2.2.1 基于有限元的疲劳寿命计算
• 2.2.2 基于有限元的疲劳损伤模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 盾构机刀盘力学分析及其特殊工况
• 3.1 盾构机刀盘主要功能
• 3.2 盾构机刀盘的结构分析
• 3.3 盾构机刀盘的力学分析
• 3.3.1 刀盘扭矩计算
• 3.3.2 盾构推进力的计算
• 3.4 刀盘特殊工况分析
• 3.4.1 三分之一堵转工况
• 3.4.2 临界推挤工况
• 3.4.3 静启动脱困工况
• 3.5 本章小结
• 第4章 盾构机刀盘有限元分析
• 4.1 理论基础
• 4.1.1 有限元理论介绍
• 4.1.2 优化设计理论介绍
• 4.2 软件介绍
• 4.3 盾构机刀盘建模
• 4.4 刀盘有限元分析
• 4.4.1 简化处理刀盘模型
• 4.4.2 刀盘的静力学仿真
• 4.4.3 刀盘的动力学仿真
• 4.4.4 动力学分析的分析结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 产品再制造性的综合评价
• 5.1 已报废或损坏产品再制造性评价
• 5.2 产品设计再制造性评价
• 5.3 产品再制造性的综合评价
• 5.3.1 产品再制造技术性评价模块
• 5.3.2 产品再制造经济性评价模块
• 5.3.3 产品再制造环境性评价模块
• 5.3.4 产品再制造实效性评价模块
• 5.4 盾构机刀盘再制造
• 5.4.1 盾构机刀盘再制造流程
• 5.4.2 盾构机刀盘可再制造技术性指数分析
• 5.4.3 盾构机刀盘可再制造经济性指数计算
• 5.4.4 盾构机刀盘可再制造性环境指数计算
• 5.4.5 盾构机刀盘可再制造实效性指数计算
• 5.4.6 盾构机刀盘可再制造性综合指数
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢