椭圆形封头冷冲压成形残余影响及其表征方法研究

发布时间：2017-10-18 01:27

  本文关键词：椭圆形封头冷冲压成形残余影响及其表征方法研究

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【摘要】：随着经济的快速增长和工业化的持续推进,奥氏体不锈钢制压力容器的需求越来越大,其封头常采用冷冲压成形的椭圆形封头。冷冲压椭圆形封头因其具有成形性能好、成形精度高以及能够实现批量生产等优点而被广泛运用。冷冲压工艺会对封头造成残余影响,主要体现在板料的塑性变形以及厚度变化两方面。塑性变形会诱发奥氏体不锈钢产生马氏体相变,材料强度、硬度增加的同时,塑性、韧性也会下降。冷冲压后封头上材料的力学性能也会根据所在位置的塑性变形发生不同程度的改变。目前,国内外标准给出的椭圆形封头塑性变形预测公式仅是针对封头的最大塑性变形,并不能全面反映封头冷冲压残余影响。冷冲压导致的材料力学性能以及壁厚的变化均有可能影响容器的安全服役,近年来封头失效的案例也确有发生,因此,研究封头冷冲压残余影响、建立考虑封头冷冲压残余影响的容器分析方法具有重要的现实意义,以保证容器设计的安全可靠。在浙江省重点科技创新团队项目(项目编号2010R50001)、中央高校基本科研业务费专项资金(项目编号2014FZA4024)、中国博士后科学基金(项目编号2014M551731)等的支持下,本文针对奥氏体不锈钢标准椭圆形封头冷冲压残余影响及其表征的问题,完成了以下工作：(1)利用ABAQUS建立了冷冲压过程的数值仿真方法,通过对不同规格的封头进行冷冲压成形模拟,得到了封头塑性变形分布规律以及厚度变化规律,建立了相应的公式预测方法。(2)分析了在成形次数、模具倒角、板料直径以及材料本构不同的条件下,封头冷冲压残余影响的变化规律。结果表明：多次成形与材料本构对于封头塑性变形的影响不大；模具倒角越大,塑性变形越小,直径越小的封头所受影响越明显；板料直径增大,封头塑性变形会随之增加。(3)开展了封头冷冲压成形试验研究,将试验测量得到的封头经向、环向以及厚度方向的塑性变形与数值仿真以及预测公式的计算结果相比较,发现两者的计算结果能够较好地吻合试验数据,因此,这两种方法的计算结果是可靠的。(4)建立了考虑封头冷冲压残余影响的两种容器建模方法：通过导入冲压模拟结果,在ANSYS中重新构建封头模型,能够最大程度还原冷冲压成形数值仿真的计算结果,但过程相对复杂,适合结构简单的容器；利用冷冲压残余影响预测公式简化封头建模方法,能在保证计算精度的前提下,简化建模步骤,具有更广的适用性。(5)通过容器的应变强化试验,测量了封头及筒体上应变随压力的变化情况,并将数据与考虑封头冷冲压残余影响容器建模方法的计算结果进行比较,试验数据与模拟结果基本吻合,证明建模方法是合理的。(6)逐一分析了封头厚度变化及材料力学性能变化对容器有限元分析的影响。结果表明：考虑材料力学性能变化时,由于冷冲压提升了材料的屈服强度,使得封头在强化压力的作用下仍处于弹性段,变形大幅减小；根据封头厚度变化规律建模时,封头在强化压力下的应变有所增加；考虑冷冲压残余影响时,除封头顶部区域,其他区域在强化压力下并未出现新的塑性变形。
【关键词】：奥氏体不锈钢 冷冲压 椭圆形封头 残余影响 有限元分析
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH49;TG386
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-15
• 符号说明15-19
• 1 绪论19-29
• 1.1 奥氏体不锈钢冷冲压椭圆形封头19-23
• 1.1.1 奥氏体不锈钢19-21
• 1.1.2 冷冲压椭圆形封头21-23
• 1.2 冷冲压残余影响23-24
• 1.2.1 厚度变化23-24
• 1.2.2 塑性变形24
• 1.2.3 材料性能24
• 1.3 冷冲压残余影响在容器分析中的表征24-25
• 1.3.1 不考虑冷冲压残余影响的容器有限元分析方法24-25
• 1.3.2 考虑封头冷冲压残余影响的容器分析25
• 1.4 目前存在的主要问题25-26
• 1.5 课题主要内容26-29
• 1.5.1 主要内容26-27
• 1.5.2 技术路线27-29
• 2 封头冷冲压成形过程及其残余影响的数值仿真29-51
• 2.1 引言29
• 2.2 冷冲压成形过程数值仿真模型29-32
• 2.2.1 几何模型29-30
• 2.2.2 材料本构30-31
• 2.2.3 有限元网格31
• 2.2.4 边界条件及接触设置31-32
• 2.3 冷冲压残余影响预测方法32-47
• 2.3.1 等效塑性应变32-35
• 2.3.2 厚度变化35-41
• 2.3.3 向塑性变形41-43
• 2.3.4 经向塑性变形43-45
• 2.3.5 经线长度的换算45-47
• 2.4 工艺及参数对冷冲压的影响47-49
• 2.4.1 板料厚度47-48
• 2.4.2 模具尺寸48
• 2.4.3 多次冲压成形48
• 2.4.4 板料尺寸48-49
• 2.5 本章小结49-51
• 3 椭圆形封头冷冲压成形试验研究51-57
• 3.1 引言51
• 3.2 冷冲压成形试验51-53
• 3.2.1 试验封头基本结构参数51
• 3.2.2 材料51
• 3.2.3 试验设备51-52
• 3.2.4 试验方法52-53
• 3.3 预测方法有效性的验证53-55
• 3.3.1 经向塑性变形53
• 3.3.2 厚度变化53-54
• 3.3.3 环向塑性变形54-55
• 3.4 本章小结55-57
• 4 椭圆形封头冷冲压成形残余影响的表征方法57-69
• 4.1 引言57
• 4.2 两种考虑封头冷冲压残余影响的容器有限元模型57-62
• 4.2.1 基于冷冲压模拟结果的容器有限元模型57-60
• 4.2.2 基于冷冲压残余影响变化规律的有限元模型60-62
• 4.3 应变强化容器压力试验62-66
• 4.3.1 应变强化容器设计参数62-63
• 4.3.2 应变测量63-64
• 4.3.3 考虑冷冲压残余影响容器有限元模型的有效性验证64-66
• 4.4 考虑不同残余影响时有限元结果的对比66-67
• 4.5 本章小结67-69
• 5 总结与展望69-71
• 5.1 总结69-70
• 5.2 展望70-71
• 参考文献71-75
• 作者简介及硕士期间科研成果及奖励75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李成;;中国不锈钢产业走向新的10年[J];中国钢铁业;2009年09期

2 罗维;;2013年全球不锈钢产量再创历史新高[J];上海金属;2014年03期

3 陆博福;陆平;;非标准椭圆及标准椭圆型封头冲压展开下料尺寸的计算[J];压力容器;2008年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 朱晓波;奥氏体不锈钢冷冲压椭圆形封头塑性变形预测及检测方法研究[D];浙江大学;2014年

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本文编号：1052168