活塞杆作为往复式压缩机所有零部件中经常发生疲劳失效的零件之一,其可靠性一直是人们研究的热点问题。随着计算机仿真技术的发展,理论知识的推陈出新以及商业仿真软件的优化更新,使得人们在解决问题的方法上有了越来越多的选择。机械可靠性描述的是一个机械系统或模块在规定的条件下,在规定的时间内,正常运行的能力,通常用“浴盆曲线”来描述。本文拟以W-1.0/8型往复式空气压缩机为研究对象,建立其简化三维模型,对活塞杆的失效机理、影响因素及可靠性优化设计等方面进行研究。具体研究工作如下:(1)针对往复式压缩机活塞杆可靠性的研究课题,通过研究国内外文献资料积累压缩机失效模式、活塞杆失效形式、研究方法等方面的理论基础,发现本课题的创新点;通过对文献资料的分析归纳,确定研究问题、研究方法;通过数学建模、仿真实验实现对研究问题进行细分,逐个突破,验证研究方法的有效性;通过构建可靠性参数灵敏度分析系统和可靠性优化设计系统,达到理论和实际结合的目的。(2)对课题组提出的W-1.0/8型往复式空气压缩机活塞杆断裂失效问题,建立压缩机三维模型,在Comsol Multiphysics中分别进行单物理场(结构力学)和流—固—热三场耦合(多体动力学)仿真分析,对比活塞杆在考虑单场作用和多场耦合作用下范式等效应力(Von Mises Stress)的变化情况,探索活塞杆失效的机理。(3)建立了以活塞杆工作中所受应力为指标的可靠性目标函数和以温度、气缸压力、活塞杆屈服应力为约束条件的,采用改进的蚁群算法(Ant Colony Algorithm)结合Matlab对找出活塞杆的最佳工作状态参数,代入活塞杆失效分析系统作为环境参数,对比优化前后活塞杆的应力变化情况,验证方法的有效性。(4)构建了基于Comsol5.2a中App二次开发功能的活塞杆优化设计系统。