自增强技术提高大尺度孔疲劳性能机理研究

发布时间：2017-05-21 17:13

  本文关键词：自增强技术提高大尺度孔疲劳性能机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近20年来，高压水射流技术迅速崛起并得到广泛应用。该技术的特点是压力高且波动大，其动力系统中的许多高压零部件容易发生疲劳破坏。自增强处理技术作为提高超高压容器抗疲劳强度的一项有效措施，已被广泛应用于工业生产各个领域。自增强处理的实质是在工件投入正式使用前对其施加内压，使之产生不能恢复的塑性变形，卸载后可在容器内壁形成有利的残余应力分布，，使零部件的疲劳强度得以大幅度提高。 本文选取典型的大尺度孔零部件——高压缸体作为研究对象，先从理论角度分析了自增强处理技术提高缸体疲劳性能的理论基础，即经自增强处理后，受残余应力的影响，缸体内壁的当量平均应力大大减小，从而大大提高缸体的疲劳性能。在此基础上，本文用有限元软件对液体自增强处理过程进行了数值模拟，分析了PH15-5材料的热处理条件、自增强处理压力、缸体壁厚对自增强处理后缸体残余应力、塑性变形等参数的影响。从研究结果可知，经自增强处理后，缸体内壁会产生大量的残余压缩应力，该压缩应力有效抵消了部分由工作压力导致的应力，从而降低了缸体内壁的应力水平；研究结果进一步表明，缸体壁厚有一优化区域值的存在，该区域值与普遍使用的高压缸体壁厚相吻合。在此基础上，本文还建立了一个疲劳实验研究平台，并初步测试了几组经自增强处理和未经处理缸体的疲劳寿命。测试结果进一步验证了未经自增强处理的缸体首先出现疲劳失效，其疲劳裂纹发生在周向方向。该结果与分析结果完全吻合。
【关键词】：自增强 有限元 残余应力 疲劳强度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH49
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 超高压领域概述7-10
• 1.1.1 超高压领域概述7
• 1.1.2 高压水射流技术概述7
• 1.1.3 超高压水射流切割设备工作原理7-10
• 1.2 自增强技术及其应用10-12
• 1.2.1 自增强技术概述10-11
• 1.2.2 常见自增强处理方法11-12
• 1.2.3 自增强处理的作用12
• 1.3 超高压容器的疲劳破坏概述12-13
• 1.3.1 疲劳破坏概述12-13
• 1.3.2 疲劳破坏危害13
• 1.4 课题研究背景及内容13-14
• 1.4.1 研究背景13-14
• 1.4.2 研究内容14
• 1.5 本章小结14-15
• 2 自增强提高大尺度孔疲劳性能理论分析15-19
• 2.1 疲劳强度理论概述15-16
• 2.1.1 最大剪应力理论15
• 2.1.2 最大应变能理论15-16
• 2.1.3 屈服条件16
• 2.2 高压缸体的应力及强度计算16-17
• 2.2.1 厚壁容器的弹塑性分析16-17
• 2.3 理论计算自增强提高抗疲劳强度17-18
• 2.3.1 最佳自增强压力的确定17
• 2.3.2 理论计算自增强处理后疲劳寿命17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 3 高压缸体自增强处理过程的数值模拟19-44
• 3.1 有限元数值模拟分析概述19-20
• 3.1.1 ABAQUS 介绍19
• 3.1.2 有限元在疲劳分析中的发展19-20
• 3.2 数值模拟分析过程20-25
• 3.2.1 PH15-5 不锈钢材料概述20
• 3.2.2 PH15-5 热处理条件20-22
• 3.2.3 数值分析前处理22-25
• 3.3 后处理分析25-41
• 3.3.1 缸体卸载自增强压力后应力分布情况25-33
• 3.3.2 缸体卸载自增强压力后塑性应变 PEEQ 分布情况33-36
• 3.3.3 缸体卸载自增强压力后变形情况36-38
• 3.3.4 自增强改善缸体应力情况分析38-41
• 3.4 缸体壁厚对塑性应变层的影响41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 疲劳破坏的实验研究44-48
• 4.1 实验研究疲劳破坏44-47
• 4.2 本章小结47-48
• 5 结论和展望48-50
• 5.1 结论48
• 5.2 前景展望48-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-55
• 附录55
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文55
• B.作者在攻读硕士学位期间的科研情况55

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：384285