Peristaltic pump optimization considering mass and fatigue analysis

Abstract

This research work presents modern finite element procedures for designing, stress analysis, and optimizing new pump body mass and design, along with exploring improvement possibilities. It includes fatigue analysis methods based on probabilistic approaches. For this purpose, various sources are compared, and the most reliable methods are explained. Reliable method refers to fatigue analysis, which have empiric data from the used material. The phases of the model build-up procedure are presented to obtain results from Finite Element Analysis (FEA), which include stress and related deformation data. Stress results are used to verify stress cycle phenomena, as different stress loads affect differently. Differences in cyclical load scenarios are introduced to provide understanding of how various conditions affect fatigue.

Fatigue results are calculated to verify and illustrate outcomes of this work. The research evaluates potential future design scenarios where the presented methods could be used for further improvements. It also notifies sustainability as a part of design methodologies, even those are not part of FEA procedures.

Tämä tutkimustyö käsittelee nykyaikaisten elementtimenetelmien soveltamista uuden pumpun rungon rakenteen suunnittelussa, jännitystarkastelussa, massan optimoinnissa ja kehitysmahdollisuuksien tutkimisessa. Työssä hyödynnetään todennäköisyysteoriaan perustuvia väsymisanalyysimenetelmiä, joiden tavoitteena on selvittää mahdollisuudet rakenteen optimointiin sekä todentaa työn tulokset. Saadut tulokset kattavat runkoon kohdistuvat kriittiset jännitykset ja kuormitusten aiheuttamat muodonmuutokset. Jännitystarkastelun tuloksia sovelletaan kuormitustapauksen määrittämiseen, jonka avulla oikean väsymisanalyysimenetelmän valinta on mahdollista. Työssä käytetyt väsymisanalyysimenetelmät perustuvat osittain empiirisiin tutkimuksiin, käytetyn pallografiittivaluraudan ominaisuuksista.

Tutkimustyön tulosten perusteella lasketaan rakenteen väsymiskestävyys riittävän käyttöiän saavuttamiseksi. Tämä tapahtuu käyttäen apuna Goodmanin ja Gerberin menetelmiä. Lisäksi tutkimus arvioi näiden menetelmien soveltuvuutta tuotteen jatkokehitykseen sekä vaikutuksia kestävän kehityksen näkökulmasta.