基于数字样机的虚拟试验方法近年来在国防、船舶、航空航天、汽车等制造行业得到了广泛应用。在以计算机可视化图形仿真基础建立的数字样机上,通过开展虚拟试验,并结合实物样机进行试验数据校正的方法,具有试验成本低、周期短、试验数据重复性好和数据可视化等特点,故越来越受到工程学界的重视。因此对该试验方法在工程上的应用研究具有重要的学术研究意义和重大工程应用价值。上海氯碱化工股份有限公司使用的4M20型往复式氢气压缩机是烧碱装置氢气压缩单元的关键机组。两台压缩机中的B机一级压缩系统因活塞杆拉伸发生了多次撞缸故障,对安全生产造成了严重影响。本课题针对其撞缸故障进行分析,采用数字样机建模方法,开展了相关理论分析和试验测试工作,寻找故障原因并提出改进,以确保生产设备的平稳运行。本文建立了该压缩机的数字原型样机进行试验,研究中分别采用Solidworks软件、ADAMS软件和ANSYS软件,模拟往复式压缩机在各种工况下的工作形态,对往复式压缩机一级压缩系统进行动力学仿真和有限元分析。同时,使用测试仪器对活塞杆拉伸段的化学成分、金相结构和表面状态进行测试,并将数字样机测试的结果和物理试样测试的结果进行对比分析。将基于数字样机的虚拟试验方法应用于该氢气压缩机的故障分析过程中,可以直观得到可视化的活塞杆受力工况下的载荷图谱和应力分布图谱,通过与物理试样测试数据对比,证明得到用于分析活塞杆受力的数据是可信真实的。该试验方法可用于工程故障案例分析,具有实用可靠和可视化的特点。