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Reliability Simulation and Design Optimization for Mechanical Maintenance

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2009年第4期22卷 594-601页

作者： liu deshun HUANG Liangpei YUE Wenhui XU Xiaoyan Hunan Provincial Key Laboratory of Health Maintenance for Mechanical Equipment Hunan University of Science and Technology Xiangtan 411201 China

Reliability model of a mechanical product system will be newly reconstructed and maintenance cost will increase because failed parts can be replaced with new components during service, which should be accounted for in system design. In this paper, a reliability model and reliability-based design optimization methodology for maintenance are presented. First, based on the time-to-failure density function of the part of the system, the age distributions of all parts of the system during service are investigated, a reliability model of the mechanical system for maintenance is developed. Then, reliability simulations of the systems with WeibuU probability density functions are performed, the system minimum reliability and steady reliability for maintenance are defined based on reliability simulation during the life cycle of the system. Thirdly, a maintenance cost model is developed based on replacement rates of the parts, a reliability-based design optimization model for maintenance is presented, in which total life cycle cost is considered as design objective and system reliability as design constrain. Finally, the reliability-based design optimization methodology for maintenance is used to design of a link ring for the chain conveyor, which shows that optimal design with the lowest maintenance cost can be obtained, and minimum reliability and steady reliability of the system can satisfy requirement of system reliability during service of the chain conveyor.

关键词： maintenance reliability simulation design optimization

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海洋探测装备收放缆力学性能研究综述

中国机械工程 2024年第9期35卷 1521-1533页

作者：万步炎彭奋飞金永平刘德顺彭佑多湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湘潭411201 湖南科技大学海洋资源探采技术与装备湖南省重点实验室湘潭411201 湖南科技大学机电工程学院湘潭411201

收放缆是维系海底探测装备与船舶的唯一纽带,具备电力、信息传输以及承重等功能,被广泛用于各类收放系统。收放缆的安全可靠性是其核心功能要求,因此开展收放缆力学性能试验是整个收放缆研究的基础。从海洋绞车以及收放缆的种类、失效... 详细信息

收放缆是维系海底探测装备与船舶的唯一纽带,具备电力、信息传输以及承重等功能,被广泛用于各类收放系统。收放缆的安全可靠性是其核心功能要求,因此开展收放缆力学性能试验是整个收放缆研究的基础。从海洋绞车以及收放缆的种类、失效形式出发,系统总结了收放缆力学性能试验研究动态,展望其未来研究方向。对海洋绞车以及收放缆进行了功能分类并详细分析了收放缆失效的形式以及原因;阐述了收放缆服役环境工况及其力学性能要求与试验研究现状;探讨海洋探测装备收放缆的力学性能研究方向,从极端服役环境对合成纤维收放缆力学性能影响及其机制、多重载荷耦合作用下合成纤维收放缆破坏行为及其机理、收放缆力学性能技术与综合模拟装置等方面进行了展望。

关键词：海洋探测装备收放缆失效形式力学性能试验研究

深海海底钻机海底天然气水合物钻进取芯建模与分析

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矿冶工程 2024年第4期44卷 136-143页

作者：吴丹金永平刘德顺万步炎湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201

针对深海海底钻机金刚石钻头在钻进海底天然气水合物过程中有明显弹塑性变形的特点,基于Hertz接触修正理论,提出了一种适用于深海海底钻机天然气水合物钻进取芯的建模方法。首先,分析钻进过程中海底天然气水合物从弹性变形到弹塑性变形... 详细信息

针对深海海底钻机金刚石钻头在钻进海底天然气水合物过程中有明显弹塑性变形的特点,基于Hertz接触修正理论,提出了一种适用于深海海底钻机天然气水合物钻进取芯的建模方法。首先,分析钻进过程中海底天然气水合物从弹性变形到弹塑性变形破岩机理,求得金刚石钻头在钻进过程中单颗粒金刚石受到的钻进压力和切削力;其次,根据单颗粒金刚石受力情况,得到整个钻头上钻压和扭矩与钻进参数的理论关系,从而建立金刚石取芯钻头力学模型;最后,分析得到在钻进海底天然气水合物时海底天然气水合物的饱和度与扭矩和钻压的关系曲线。以该方法进行海上试验,成功获取了海底天然气水合物样品,验证了该方法的可行性。该研究成果可为深海取芯钻机钻头参数的设计和高效率钻进取芯提供理论依据。

关键词：深海海底钻机海牛号深海钻探金刚石钻头海底天然气水合物钻进取芯

基于CAN总线的水下多腿步履式行走装置电液控制系统设计

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矿业工程研究 2024年第2期39卷 63-71页

作者：郭勇刘宇迪刘德顺王周洋湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201 湖南科技大学先进矿山装备教育部工程研究中心湖南湘潭411201

水下环境压力、通信、负载控制等影响多腿步履式行走装置水下工作控制的可靠性和复杂性,甚至制约其水下工作功能的实现.针对多腿步履式行走装置水下环境中的工作控制问题,根据先定向后行走的控制策略提出控制器局域网络(Controller Area... 详细信息

水下环境压力、通信、负载控制等影响多腿步履式行走装置水下工作控制的可靠性和复杂性,甚至制约其水下工作功能的实现.针对多腿步履式行走装置水下环境中的工作控制问题,根据先定向后行走的控制策略提出控制器局域网络(Controller Area Network,CAN)设备底层与以太网顶层通信相结合的双层复合组网控制方法.采用补偿器进行水下压力补偿,利用负载流量独立分配控制避免多腿独立动作干扰,结合CAN总线底层采集行走装置状态信息、以太网顶层遥控操作,设计基于CAN总线的水下多腿步履式行走装置电液控制系统,并在样机中进行应用.应用表明该系统实现了水下行走装置定位的远程化、实时化和自动化,对提高控制效率,增强水下定位装置的可靠性具有重要参考意义.

关键词：双层复合组网补偿器多支腿独立控制 CAN总线

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THEORY AND APPLICATION OF πBRIDGE HYDRAULIC RESISTANCE NETWORKS

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中国有色金属学会会刊：英文版 1999年第1期9卷 204-208页

作者： Yanping, Hu Jianhua, Wei Yingfu, Guo Genmao, Wu deshun, liu Xiangtan Polytechnic Univ Xiangtan China

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｉ．ｅ．４ａｒｍｓｂｒｉｄｇｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｈａｌｆｂｒｉｄｇｅｈｙｄｒ... 详细信息

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｒｅａｒｅｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｎｅｔｗｏｒｋｓ，ｉ．ｅ．４ａｒｍｓｂｒｉｄｇｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｈａｌｆｂｒｉｄｇｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｎｅ...

关键词： hydraulic resistance network theory application

NEW APPROACH FOR RELIABILITY-BASED DESIGN OPTIMIZATION:MINIMUM ERROR POINT

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Chinese Journal of Mechanical Engineering 2006年第4期19卷 514-518页

作者： liu deshun YUE Wenhui ZHU Pingyu DU Xiaoping Hunan Provincial Key Laboratory of Health Maintenance for Mechanical Equipment Hunan University of Science and Technology Xiangtan 411201 China Department of Mechanical and Aerospace Engineering University of Missouri-Rolla Rolla MO65409. USA

Conventional reliability-based design optimization （RBDO） requires to use the most probable point （MPP） method for a probabilistic analysis of the reliability constraints. A new approach is presented, called as the minimum error point （MEP） method or the MEP based method, for reliability-based design optimization, whose idea is to minimize the error produced by approximating performance functions. The MEP based method uses the first order Taylor＇s expansion at MEP instead of MPP. Examples demonstrate that the MEP based design optimization can ensure product reliability at the required level, which is very imperative for many important engineering systems. The MEP based reliability design optimization method is feasible and is considered as an alternative for solving reliability design optimization problems. The MEP based method is more robust than the commonly used MPP based method for some irregular performance functions.

关键词： Reliability Most probable point (MPP) Minimum error point (MEP)Reliability-based design optimization (RBDO)

海洋环境作用下深海海底钻机收放系统建模与运动响应分析

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矿业工程研究 2024年第2期39卷 55-62页

作者：李兰香金永平刘德顺万步炎湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201

深海海底钻机收放系统在风、浪等海洋环境的扰动下会引起海底钻机摆动,通过建立收放系统的动力学模型,分析收放系统在规则波浪下不同波高、浪向角和风速对海底钻机摆角以及相对位移的影响.研究结果表明:在波高、浪向角以及风速的影响下... 详细信息

深海海底钻机收放系统在风、浪等海洋环境的扰动下会引起海底钻机摆动,通过建立收放系统的动力学模型,分析收放系统在规则波浪下不同波高、浪向角和风速对海底钻机摆角以及相对位移的影响.研究结果表明:在波高、浪向角以及风速的影响下,深海海底钻机入水前后的摆动角度与相对位移变化均存在明显差异;随着波高与风速的增大,钻机的面内摆角变化幅度较小;随着浪向角的增大,钻机的摆动角度和相对位移逐渐增大.得到的结论可用于海底钻机收放系统摆动的预测和控制,为技术工作人员提供参考.

关键词：深海海底钻机动力学钻机摆动运动响应

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海底天然气水合物储层复杂地层钻进取芯数值模拟

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矿业工程研究 2024年第3期39卷 11-19页

作者：卫成效金永平刘德顺万步炎何术东湖南科技大学海洋矿产资源探采装备与安全技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201

海底天然气水合物由于其特殊的成藏机理,其分布大多与海底构造地层相关,而天然气水合物的赋存状态同样影响着海底沉积物的性质,因此其储层往往是可预见性差、可钻性差及稳定性差的复杂地层.针对天然气水合物储层的软硬互层,利用有限元软... 详细信息

海底天然气水合物由于其特殊的成藏机理,其分布大多与海底构造地层相关,而天然气水合物的赋存状态同样影响着海底沉积物的性质,因此其储层往往是可预见性差、可钻性差及稳定性差的复杂地层.针对天然气水合物储层的软硬互层,利用有限元软件Abaqus/CAE,建立搭载在海底钻机上的金刚石钻头对天然气水合物储层钻进取芯的有限元仿真模型,对钻进过程进行模拟分析.通过在钻头上施加不同的钻进参数,获得金刚石钻头随钻进参数变化的运动规律,以及不同钻进参数下水合物储层不同位置的应力状态;通过对应力状态进行分析,得到岩芯受扰动的变化规律.结果表明:金刚石钻头在穿过不同地层时运动状态可分为3个阶段,钻头的平均钻速随着钻压与转速的增加而增加;不同地层的岩芯失效率大不相同,水合物层岩芯的失效率为10%~15%,其上覆土层岩芯的失效率为25%~45%,而且失效率受钻压的影响较为明显.

关键词：海底天然气水合物复杂地层有限元模型钻速应力状态

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Study on quality evaluation model in multi-station assembly processes

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Engineering Sciences 2008年第4期6卷 25-30页

作者： Wen Zejun liu deshun Yang Shuyi Hunan Provincial Key Lab of Health Maintenance for Mechanical Equipment Hunan University of Science and Technology Xiangtan Hunan 411201 China School of Mechanical and Electrical Engineering Central South University Changsha 410083 China

Based on features of dimension variation propagation in multi-station assembly processes,a new quality evaluation model of assembly processes is established. Firstly,the error source of multi-station assembly system is analyzed,the relationship of dimension variation propagation in multi-station assembly processes is studied and the state equation for variation propagation is constructed too. Then,the feature parameters which influence variation propagation and accumulation in multi-station assembly processes are found to evaluate quality characteristic of the assembly system. Through the derivation of equation on dimension variation propagation,station coefficient matrices which are combined and conversed to determine the max eigenvalue are educed. The max eigenvalue is multiplied by the weight coefficient to establish the quality evaluation model in multi-station assembly processes. Furthermore,assembly variation indexes are proposed to judge of the assembly technology process. Finally,through the practical example,the application of the model and assembly variation indexes are presented.

关键词： multi-station quality evaluation model variation propagation assembly variation indexes