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超高压水射流技术是近30年来发展起来的一种新兴技术,在包括农业工程在内的工业各领域得到了广泛的应用。作为超高压水射流设备的核心部件,增压器对整个超高压水射流设备的性能有着重要影响。我国对其性能的研究与国外相比还存在较大的差距,而国外处于技术保密的原因,公布的资料非常少,从国内企业到国外公司参观交流了解到增压器的新产品开发已全面采用CAE技术。因此,采用CAE技术进行增压器性能的研究对提升企业新产品的开发十分迫切。本文以某企业的超高压水射流切割设备的增压器为研究对象,采用有限元分析技术对400MPa与600MPa增压器进行应力分析与疲劳寿命性能分析,主要研究工作及成果如下:(1)阐述了超高压水射流设备的液压原理和增压器的工作原理,得到了高压缸筒体的应力分布规律,介绍了高压容器自增强理论;探讨了增压器有限元性能分析软件的选择原则并给出了增压器有限元性能分析的技术路线方案;(2)对高压缸与堵塞进行自增强有限元分析,在此基础上建立了400MPa增压器装配体有限元模型。对400MPa增压器进行有限元分析,得到了380MPa和400MPa工作压力下的最大应力分别为532.864MPa和545.367MPa。结果表明:高压缸与缸盖连接一端的内壁端部以及高压缸壁厚1/4-1/3区域应力较大,在交变载荷长期循环作用下容易发生疲劳破坏;端盖和缸盖螺纹连接处应力分析结果较大,可能会发生咬合现象;堵塞的最大应力值均出现在通气孔交接处,此处由于应力集中易发生疲劳破坏。这些与企业现有性能测试实验十分吻合。(3)利用MSC.Fatigue进行400MPa增压器的疲劳寿命分析,得到了在380MPa工作压力下增压器的疲劳寿命分析结果为8.83×106次循环,工作时间为2453小时;在400MPa工作压力作用下,增压器的疲劳寿命分析结果为6.4×106次循环,工作时间为1775小时。这些与企业实际运行寿命较好的吻合,达到了400MPa增压器实际工作寿命需求。(4)建立了600MPa增压器的有限元模型,通过对1080MPa、970MPa、950MPa、940MPa、920MPa、900MPa六种自增强压力下的分析结果进行对比,确定了最佳自增强压力约为970MPa,与理论计算获得的最佳自增强压力970.25MPa相符合。接着探讨了增压器装配体的预紧力,为后续应力与疲劳寿命有限元分析工作奠定基础。(5)对600MPa增压器进行有限元分析,得到了600MPa和560MPa工作压力下的最大应力分别为564.668MPa和554.885MPa。结果表明:高压缸与堵塞连接的端部以及高压缸壁厚1/4-1/3区域存在较大应力,容易发生疲劳破坏;螺杆和螺母的应力值没有达到材料的屈服强度,不易发生拉断及咬合现象;端盖和缸盖的应力值也未达到材料的屈服强度,因此不易发生疲劳破坏。(6)利用MSC.Fatigue进行600MPa增压器的疲劳寿命分析,得到了在预紧力96000N、工作压力600MPa作用下的疲劳寿命分析结果为4.46×106次循环,工作时间为929小时;在预紧力90000N、工作压力560MPa作用下的疲劳寿命分析结果为6.06×106次循环,工作时间为1262小时。这些结果说明,现有企业新设计的增压器均达不到增压器至少工作1500小时以上的要求。最后针对600MPa增压器疲劳寿命无法达到要求的问题,提出了更换高压缸材料及改进高压缸结构两种改进措施,为企业提供参考。本文400MPa有限元应力分析与疲劳寿命分析与现有企业性能测试实验结果对比证明有限元分析技术应用在高压容器性能分析上是可靠的,也有力说明CAE技术可以是增压器开发必不可缺少的一种技术手段。另外为企业验证了新开发的一个600MPa增压器的可行性问题,为企业降低了投资风险。