基于微洞焊合模型的钛合金喷注器扩散焊有限元模拟研究
发布时间：2021-09-01 21:11
层板式喷注器由多层带有精密型孔的薄板所组成,作为液体火箭发动机燃烧室的关键结构之一,已在航天器、导弹等领域得到广泛的应用。但喷注器的制造过程采用扩散焊接的方法,局部易产生焊接变形的问题,因而制造难度较大、成品率较低。同时焊接变形的影响因素及变化规律也较为复杂,难以从理论上指导工艺优化,并且工艺试验的周期较长,难以满足各型号研制的进度要求。本文运用扩散焊接界面微洞焊合模型以及有限元模拟技术,对喷注器的扩散焊接进行理论计算与模拟研究,探究焊后变形的机理,为解决层板式喷注器的制造问题提供理论依据。本文以塑性变形、表面源、界面源和蠕变四个理论模型为基础,针对扩散焊接界面的变化行为,综合推导并修正了微洞焊合模型的计算公式,设计了模型的计算流程与结果的表征方式。通过将本模型的计算数据与已有的实验数据相比较,发现误差较小,说明模型具有一定的预测能力。运用本模型对TC4钛合金扩散焊接的界面焊合进行理论计算与分析,研究了模型中不同理论对于微洞焊合的影响,并分析了工艺参数对焊合率的影响机理。结合微洞焊合模型,对喷注器扩散焊的有限元模拟方法进行探究,建立了模型的整体结构与焊接工艺曲线,定义了焊接临界点并提出...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1层板式喷注器在发动机中的位置
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-层板式喷注器的结构组成示意图如图1-3所示，它主要由法兰以及与法兰相连的多层叠加的层板所组成。其中，法兰的作用是与上一级结构相连，起到接入液体燃料与氧化剂的作用。在法兰上有多圈隔离环带，其作用是将液体燃料与氧化剂隔绝开来，防止二者提前接触混合，导致在喷注器内发生爆炸。而层板上有成对的型孔，各层板经焊接连接后相对应的型孔相互联通，就形成了流道。不同层板的厚度、型孔位置不尽相同，相邻层板的对应型孔在位置上有一定错动，这样最终形成的流道将是一斜向通道，从而对从法兰输入的液体燃料和氧化剂起到转向、破碎的作用。层板上的流道数量多、孔径小，因而能使在一定流量和压力下通过的液体燃料和氧化剂充分雾化。图1-1层板式喷注器在发动机中的位置图1-2层板式喷注器工作示意图图1-3层板式喷注器结构示意图层板式喷注器已在航天器、导弹上得到应用，但是其制造仍然具有较大的难度，成品率较低，核心问题在于多层层板之间的焊接问题。由于喷注器由多层具有精密型孔的薄板组成，若是采用钎焊的方法，可能导致微孔堵塞而无法应用。目前扩散焊接是唯一可行的方法，但是依然存在以下四个方面的问题：1）在扩散焊的过程中，型孔尺寸的变形量需要控制在一定范围内，无法通
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-层板式喷注器的结构组成示意图如图1-3所示，它主要由法兰以及与法兰相连的多层叠加的层板所组成。其中，法兰的作用是与上一级结构相连，起到接入液体燃料与氧化剂的作用。在法兰上有多圈隔离环带，其作用是将液体燃料与氧化剂隔绝开来，防止二者提前接触混合，导致在喷注器内发生爆炸。而层板上有成对的型孔，各层板经焊接连接后相对应的型孔相互联通，就形成了流道。不同层板的厚度、型孔位置不尽相同，相邻层板的对应型孔在位置上有一定错动，这样最终形成的流道将是一斜向通道，从而对从法兰输入的液体燃料和氧化剂起到转向、破碎的作用。层板上的流道数量多、孔径小，因而能使在一定流量和压力下通过的液体燃料和氧化剂充分雾化。图1-1层板式喷注器在发动机中的位置图1-2层板式喷注器工作示意图图1-3层板式喷注器结构示意图层板式喷注器已在航天器、导弹上得到应用，但是其制造仍然具有较大的难度，成品率较低，核心问题在于多层层板之间的焊接问题。由于喷注器由多层具有精密型孔的薄板组成，若是采用钎焊的方法，可能导致微孔堵塞而无法应用。目前扩散焊接是唯一可行的方法，但是依然存在以下四个方面的问题：1）在扩散焊的过程中，型孔尺寸的变形量需要控制在一定范围内，无法通
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分子动力学的钛合金扩散焊模拟研究[J]. 张顺,刘小刚,郭海丁,左永基. 能源化工. 2018(02)
[2]TC4钛合金舵面扩散焊有限元模拟及工艺研究[J]. 刘海建,杨旭东,孔振,彭赫力,陈旭,李中权. 航天制造技术. 2018(01)
[3]TC4钛合金激光焊接的数值模拟[J]. 张嘉诚,李逸翔,姚文凯,战宇. 科技资讯. 2018(06)
[4]液体火箭发动机燃烧室壁面热流测量方法研究[J]. 孙冰,刘迪,王太平. 推进技术. 2017(09)
[5]焊接顺序对某飞行器叉形结构焊接变形的影响[J]. 黄尊月,罗震,敖三三,董建涛. 焊接学报. 2016(08)
[6]20CrMnTiH钢奥氏体晶粒长大规律及有限元模拟[J]. 刘燕波,陈文琳,王梁,陈国强,秦学枫. 材料热处理学报. 2016(03)
[7]钛合金短时高温蠕变与持久行为初步研究[J]. 张伟堂. 航空制造技术. 2013(16)
[8]基于焊接变形有限元分析的空调压缩机结构优化[J]. 李勇志,陆皓,陈俊梅,任丽萍. 焊接学报. 2012(03)
[9]采用Ni基合金为中间层的TC4钛合金扩散焊接工艺[J]. 吕涛,杨武林,林鹏,兑卫真,蒋力培,杨晓华. 焊接技术. 2011(09)
[10]置氢对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响[J]. 王耀奇,侯红亮,李红. 机械工程材料. 2011(08)
硕士论文
[1]表面纳米化TC4钛合金低温扩散连接工艺及机理研究[D]. 霍东.哈尔滨工业大学 2019
[2]火箭喷注器的流体特性研究及结构优化[D]. 李子阳.贵州大学 2018
[3]基于分子动力学的钛合金扩散连接过程及力学性能研究[D]. 张顺.南京航空航天大学 2018
[4]X70管线钢液相扩散焊数值模拟[D]. 邓祎楠.北京石油化工学院 2017
[5]液体射流撞击破碎雾化过程数值模拟[D]. 阮灿.厦门大学 2017
[6]幂律流体双股射流碰撞雾化的试验研究[D]. 曹伟.哈尔滨工业大学 2016
[7]压力连接界面空洞演化模型研究[D]. 张超.西北工业大学 2015
[8]相比例对高压扭转TC4钛合金晶粒细化及超塑性的影响[D]. 付杰.东北大学 2014
[9]TC6钛合金的高温蠕变行为及热处理工艺对合金组织性能的影响[D]. 李学雄.中南大学 2012
[10]液体火箭发动机推力室结构与冷却设计[D]. 张其阳.清华大学 2012
本文编号：3377697
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-1层板式喷注器在发动机中的位置
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-层板式喷注器的结构组成示意图如图1-3所示，它主要由法兰以及与法兰相连的多层叠加的层板所组成。其中，法兰的作用是与上一级结构相连，起到接入液体燃料与氧化剂的作用。在法兰上有多圈隔离环带，其作用是将液体燃料与氧化剂隔绝开来，防止二者提前接触混合，导致在喷注器内发生爆炸。而层板上有成对的型孔，各层板经焊接连接后相对应的型孔相互联通，就形成了流道。不同层板的厚度、型孔位置不尽相同，相邻层板的对应型孔在位置上有一定错动，这样最终形成的流道将是一斜向通道，从而对从法兰输入的液体燃料和氧化剂起到转向、破碎的作用。层板上的流道数量多、孔径小，因而能使在一定流量和压力下通过的液体燃料和氧化剂充分雾化。图1-1层板式喷注器在发动机中的位置图1-2层板式喷注器工作示意图图1-3层板式喷注器结构示意图层板式喷注器已在航天器、导弹上得到应用，但是其制造仍然具有较大的难度，成品率较低，核心问题在于多层层板之间的焊接问题。由于喷注器由多层具有精密型孔的薄板组成，若是采用钎焊的方法，可能导致微孔堵塞而无法应用。目前扩散焊接是唯一可行的方法，但是依然存在以下四个方面的问题：1）在扩散焊的过程中，型孔尺寸的变形量需要控制在一定范围内，无法通
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-层板式喷注器的结构组成示意图如图1-3所示，它主要由法兰以及与法兰相连的多层叠加的层板所组成。其中，法兰的作用是与上一级结构相连，起到接入液体燃料与氧化剂的作用。在法兰上有多圈隔离环带，其作用是将液体燃料与氧化剂隔绝开来，防止二者提前接触混合，导致在喷注器内发生爆炸。而层板上有成对的型孔，各层板经焊接连接后相对应的型孔相互联通，就形成了流道。不同层板的厚度、型孔位置不尽相同，相邻层板的对应型孔在位置上有一定错动，这样最终形成的流道将是一斜向通道，从而对从法兰输入的液体燃料和氧化剂起到转向、破碎的作用。层板上的流道数量多、孔径小，因而能使在一定流量和压力下通过的液体燃料和氧化剂充分雾化。图1-1层板式喷注器在发动机中的位置图1-2层板式喷注器工作示意图图1-3层板式喷注器结构示意图层板式喷注器已在航天器、导弹上得到应用，但是其制造仍然具有较大的难度，成品率较低，核心问题在于多层层板之间的焊接问题。由于喷注器由多层具有精密型孔的薄板组成，若是采用钎焊的方法，可能导致微孔堵塞而无法应用。目前扩散焊接是唯一可行的方法，但是依然存在以下四个方面的问题：1）在扩散焊的过程中，型孔尺寸的变形量需要控制在一定范围内，无法通
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分子动力学的钛合金扩散焊模拟研究[J]. 张顺,刘小刚,郭海丁,左永基. 能源化工. 2018(02)
[2]TC4钛合金舵面扩散焊有限元模拟及工艺研究[J]. 刘海建,杨旭东,孔振,彭赫力,陈旭,李中权. 航天制造技术. 2018(01)
[3]TC4钛合金激光焊接的数值模拟[J]. 张嘉诚,李逸翔,姚文凯,战宇. 科技资讯. 2018(06)
[4]液体火箭发动机燃烧室壁面热流测量方法研究[J]. 孙冰,刘迪,王太平. 推进技术. 2017(09)
[5]焊接顺序对某飞行器叉形结构焊接变形的影响[J]. 黄尊月,罗震,敖三三,董建涛. 焊接学报. 2016(08)
[6]20CrMnTiH钢奥氏体晶粒长大规律及有限元模拟[J]. 刘燕波,陈文琳,王梁,陈国强,秦学枫. 材料热处理学报. 2016(03)
[7]钛合金短时高温蠕变与持久行为初步研究[J]. 张伟堂. 航空制造技术. 2013(16)
[8]基于焊接变形有限元分析的空调压缩机结构优化[J]. 李勇志,陆皓,陈俊梅,任丽萍. 焊接学报. 2012(03)
[9]采用Ni基合金为中间层的TC4钛合金扩散焊接工艺[J]. 吕涛,杨武林,林鹏,兑卫真,蒋力培,杨晓华. 焊接技术. 2011(09)
[10]置氢对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响[J]. 王耀奇,侯红亮,李红. 机械工程材料. 2011(08)
硕士论文
[1]表面纳米化TC4钛合金低温扩散连接工艺及机理研究[D]. 霍东.哈尔滨工业大学 2019
[2]火箭喷注器的流体特性研究及结构优化[D]. 李子阳.贵州大学 2018
[3]基于分子动力学的钛合金扩散连接过程及力学性能研究[D]. 张顺.南京航空航天大学 2018
[4]X70管线钢液相扩散焊数值模拟[D]. 邓祎楠.北京石油化工学院 2017
[5]液体射流撞击破碎雾化过程数值模拟[D]. 阮灿.厦门大学 2017
[6]幂律流体双股射流碰撞雾化的试验研究[D]. 曹伟.哈尔滨工业大学 2016
[7]压力连接界面空洞演化模型研究[D]. 张超.西北工业大学 2015
[8]相比例对高压扭转TC4钛合金晶粒细化及超塑性的影响[D]. 付杰.东北大学 2014
[9]TC6钛合金的高温蠕变行为及热处理工艺对合金组织性能的影响[D]. 李学雄.中南大学 2012
[10]液体火箭发动机推力室结构与冷却设计[D]. 张其阳.清华大学 2012
本文编号：3377697
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