博士学位论文答辩公告--机电学院刘凌

2019年05月16日 09:17  

学科专业:机械电子工程
论文题目:退役机床主轴可再制造性评估及剩余寿命预测研究
答辩人:刘凌
指导老师:王润孝
时  间:2019-05-19  09:30
地  点:110
一、学位论文简介
我国现有机床800多万台,役龄10年以上的机床占60%以上,在未来几年这些机床都可能面临闲置、报废、功能性或技术性淘汰,这些将成为很大规模可再制造循环利用潜在资源。目前国内对于退役机床可再制造度评价方法仍然以机械装备产品整机定性分析和宏观分析为主,针对零部件(如机床主轴)可再制造度评价结合失效特征对其进行定量评价甚少,因此制定科学合理的定量再制造评判方法尤其必要;通过可再制造性分析方法判断了机床主轴部件可再制造后,到底其剩余寿命还有多少我们无法从表象预测,因此本文结合失效特征,从小样本出发研究主轴部件的疲劳寿命,提出疲劳寿命预测理论模型,且通过客观有限元与理论建模相结合的方法解决了主轴剩余寿命问题,为退役机床中其它附加值高的零部件的研究提供一种思路。 (1)从机床主轴部件失效特征出发,基于模糊数学的隶属度理论,提出若干关键技术指标,制定出退役机床主轴可再制造性定量评价体系,用模糊数学对受多种因素制约的对象做一个总体评价,针对退役机床主轴部件的可再制造性不能准确判断的问题,建立退役机床主轴部件可再制造性评价模型。 (2)针对退役机床主轴部件可再制造度,利用层次分析法确定该零部件的各具体评价指标权重值,建立各个具体指标评价数学模型,从而分析得到退役机床主轴零部件可再制造度定量评价结果。以某数控铣床主轴为实验对象分析评估结果,判断该铣床主轴是否可再制造,然后通过表面修复完成磨损或者腐蚀部分的修复,再做破坏性实验,通过实验验证:再制造后机床主轴的耐磨性、耐腐蚀性、硬度梯度、摩擦磨损等与新加工的主轴机械性能相比基本相当,有的甚至高于新产品性能。 (3)由于退役机床主轴是小样本,针对小样本问题,先通过Monte carlo method(蒙特卡罗法)抽样,再通过Bootstrap法再抽样,解决了样本容量问题,利用Bayes分布的先验分布解决Weibull分布形状参数的精度问题。再利用Bayes后验分布方法和最小二乘法加权值提高了数据利用效率,建立了Weibull分布的形状参数和位置参数的准确值的估算方法;揭示了小样本零部件剩余寿命预测规律,提出了小样本容量的主轴零部件剩余寿命预测新方法。 (4)在疲劳损伤累积理论的基础上,结合退役机床主轴部件再制造服役特征载荷,提出再制造机床主轴部件剩余寿命预测理论数值模型。揭示出再制造零部件寿命发生改变的实质。将材料或试件现有的寿命预测方法拓展到再制造后的其它装备关键零部件上,建立起包含面向多失效特征的再制造机床主轴零部件几何精度建模方法、基于计算域虚拟规划的再制造机床主轴部件自适应网格划分方法、基于数值分析的再制造机床主轴部件服役特征载荷求解方法,为再制造机床关键零部件服役安全性能判定提供一种理论方法。 (5)在有限元理论、弹塑性力学、微积分原理基础上,利用Ansys仿真技术分析并讨论了再制造机床主轴部件服役的特征载荷,包括残余应力载荷、高速离心应力载荷、等效应力载荷等。基于分析与模拟结果,综合评判再制造主轴部件的服役动态强度,并为再制造关键零部件服役寿命预测的载荷谱拟合提供依据,从而根据载荷变化分析出再制造主轴的剩余寿命。 总之,本文从可再制造性分析到剩余寿命预测,提出了一种面向生命周期的退役机床主轴可再制造性评估模型、可再制造度评价方法、小样本处理、参数化寿命评估以及离散数学模型寿命预测等方法,该方法不仅适用于机床主轴的可再制造性与寿命预测,也可推广到机床其它零部件的全寿命分析中,对于我国乃至世界的机床零部件再制造性判断有着重要的参考与推广价值。该方法也丰富了退役机床零部件剩余寿命预测的研究内容,亦可谓环境保护和资源节约提供了依据。  
二、攻读博士学位期间以第一作者发表与学位论文相关的学术论文:
[1]  刘凌. The Spindle of Remaining Lifetime Predicted in the Failure Machine Tool。Ferroelectrics,2018.EI;SCI(E);中科院SCI期刊分区,000423478500021;20180504692260;  
[2]  刘凌. The Research on the spindle vibration state Suppressor after Remanufacturing。International Conference on Machine Tool Technology and Mechatronics Engineering, ICMTTME 2014.Guilin, China,2014.EI,20145000311833  
[3]  Ling Liu. Analysis of the mechanical dynamic performance for the CNC machine spindle remanufacturing。Integrated Ferroelectrics,2016/170/1.EI;SCI(E);中科院SCI期刊分区,000378406200007;20162602531801;  
[4]  Dynamic Characteristic Analysis of the Spindle for the Oriented Machine   Remanufacturing System。13th China International Nanoscience and Technology Symposium (CINSTS),2015/161/1,SI。EI;SCI,20160301815850;WOS:000371292600001


关闭