移动载荷作用下自紧厚壁圆筒动态强度数值模拟研究

发布时间：2023-10-04 04:31

　　准确地计算身管在自紧加工时应力应变的变化,可为后续设计身管尺寸和疲劳强度设计等提供了理论依据。本文以厚壁圆筒为研究对象,推导和建立了能描述自紧过程的数学表达式、材料本构模型以及与本构模型相关联的一致切线刚度矩阵。以所建立的本构模型为基础,分析厚壁圆筒在移动载荷作用下残余应力的释放规律。具体内容如下:(1)推导自紧厚壁圆筒的残余应力表达式。根据厚壁圆筒假设和弹塑性理论,分别推导加、卸载两个阶段的弹、塑性区应力表达式,以此得到最终残余应力表达式。结合实例和MATLAB验证了模型正确性,结果表明本文推导的残余应力表达式符合试验。(2)建立材料本构模型以及与本构模型相关联的一致切线刚度矩阵。以AF模型为基础,建立一种非线性混合硬化模型,描述应力应变间的非线性关系以及随塑性变形增大而减小的屈服面的演变规律。硬化模型将背应力分解成若干项,每个子项的背应力均服从AF模型演化规律,还包含了用于描述包辛格效应的非线性各向同性硬化模型。结合参量间的本构关系推导出张量形式的一致切线刚度矩阵以用于整体有限元方程组的迭代求解和提高计算收敛速度。进行自紧厚壁圆筒的残余应力有限元数值计算及对比分析,结果表明本文所提...

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题的背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 自紧厚壁圆筒理论分析
        1.2.2 自紧厚壁圆筒数值模拟分析
        1.2.3 移动载荷
    1.3 主要研究内容
2 自紧厚壁圆筒弹塑性理论
    2.1 自紧加工原理和包辛格效应
    2.2 考虑包辛格效应的残余应力表达式
        2.2.1 加载塑性区应力
        2.2.2 加载弹性区应力
        2.2.3 卸载屈服区应力
        2.2.4 卸载弹性区应力
        2.2.5 残余应力
        2.2.6 自紧厚壁圆筒弹性极限压力
    2.3 自紧厚壁圆筒外表面应变与自紧压力的关系
    2.4 实例计算与分析
        2.4.1 厚壁圆筒残余应力实例计算
        2.4.2 各类参数对残余应力的影响
    2.5 本章小结
3 非线性混合硬化本构模型及积分算法
    3.1 材料本构模型基本理论
        3.1.1 屈服准则
        3.1.2 流动准则
        3.1.3 硬化准则
    3.2 炮钢材料特性
    3.3 非线性混合硬化模型
        3.3.1 本构模型
        3.3.2 本构积分算法
        3.3.3 一致切线刚度矩阵
    3.4 非线性混合硬化模型在ABAQUS中的实现
        3.4.1 ABAQUS软件与UMAT子程序简介
        3.4.2 UMAT计算流程
    3.5 非线性混合硬化模型模型验证
        3.5.1 本构模型的验证
        3.5.2 一致切线刚度矩阵的验证
    3.6 本章小结
4 材料参数选取与自紧厚壁圆筒数值模拟
    4.1 材料参数选取
        4.1.1 多岛遗传算法简介
        4.1.2 参数优化模型的建立
        4.1.3 优化结果分析
    4.2 自紧厚壁圆筒数值模拟分析
        4.2.1 自紧厚壁圆筒有限元模型
        4.2.2 不同材料本构参数对残余应力的影响
        4.2.3 不同厚壁圆筒有限元模型对残余应力的影响
    4.3 身管最佳自紧压力的确定
    4.4 本章小结
5 移动载荷作用下自紧厚壁圆筒应力变化规律
    5.1 移动载荷子程序的编写
        5.1.1 移动载荷子程序建模
        5.1.2 移动载荷子程序简介
        5.1.3 移动载荷子程序验证
    5.2 自紧身管残余应力释放规律
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3851320