厚壁大尺寸橢圓形封頭熱成形數(shù)值模擬與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

發(fā)布時間：2020-06-16 22:44

【摘要】： 壓力容器是石油、化工、能源等行業(yè)的重要設(shè)備之一,由于對壓力容器的質(zhì)量、安全性、可靠性有很高的要求。因此,各國針對各行業(yè)中的壓力容器尤其對封頭的加工質(zhì)量都制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得對能源尤其是電力需求也迅速增長,電站用鍋爐機(jī)組容量由100MW發(fā)展到1000MW,這使得封頭壁厚及尺寸隨之趨于大型化。目前,壓力容器中的封頭部件特別是大型厚壁頭多采用熱沖壓工藝來制造。長期以來的實踐所形成的經(jīng)驗計算方法在一定程度上存在較大的誤差,采用數(shù)值模擬則能更好的指導(dǎo)實踐。本文采用有限元法對其熱成型過程進(jìn)行研究,并對封頭的成型工藝條件進(jìn)行優(yōu)化分析。最后利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測了各成形條件下的減薄率。鍋爐用19Mn6鋼的熱成形是在再結(jié)晶溫度上進(jìn)行。據(jù)此,通過不同應(yīng)變速率及不同溫度下的高溫力學(xué)性能實驗,獲得多組真應(yīng)力-真應(yīng)變數(shù)據(jù),并以此建立了高溫下穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力的本構(gòu)方程,為后續(xù)的有限元模擬提供了準(zhǔn)確的材料數(shù)據(jù)。通過Deform-3D有限元軟件對規(guī)格為Φ1200×100mm的橢圓封頭進(jìn)行了變形-傳熱耦合模擬研究。獲得了成形過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、厚度、溫度及應(yīng)變速率等變化規(guī)律。從減薄率,熱收縮,及圓度三方面對其成形質(zhì)量進(jìn)行了評價,數(shù)值模擬結(jié)果與實際吻合較好。利用正交設(shè)計法,對影響封頭熱成形質(zhì)量的主要工藝參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。采用極差分析法研究不同工藝參數(shù)如摩擦、溫度等對橢圓封頭減薄率的影響規(guī)律;通過方差分析對各因素的顯著性進(jìn)行了評價,獲得了封頭熱成形的最優(yōu)工藝參數(shù)組合。綜合了均勻設(shè)計試驗的均勻可靠性及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射及預(yù)測能力,對橢圓封頭在不同工藝條件下的減薄率進(jìn)行了預(yù)測,為封頭熱沖壓成形提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TH49
【圖文】：

σ-ε曲線,動態(tài)回復(fù),σ-ε曲線

圖 1-1 動態(tài)回復(fù) σ-ε 曲線圖 1-2 動態(tài)在結(jié)晶 σ-ε 曲線Fig.1-1 Curve of revert for σ-ε Fig.1-2 Curve of crystallization for σ-ε典型的動態(tài)再結(jié)晶的應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖 1-2 所示，其分為三個階段：第Ⅰ階段為硬化和動態(tài)回復(fù)，和圖 1-1 第Ⅰ階段類似。第Ⅱ階段為部分再結(jié)晶階段，流動應(yīng)力減小，晶粒組織重新結(jié)核長大，抵消部分位錯。第Ⅲ階段為完全再結(jié)晶，流變應(yīng)力趨于穩(wěn)定。本構(gòu)方程也稱為本構(gòu)模型或本構(gòu)關(guān)系，它描述流動應(yīng)力隨熱力學(xué)參數(shù)變化的基本情況，本構(gòu)方程的精確與否直接影響有限元模擬的準(zhǔn)確性。有限元數(shù)值模擬、理論與實驗相結(jié)合已經(jīng)成為研究塑性成型的強(qiáng)有力工具。但這種方法的實現(xiàn)首先取決于本構(gòu)方程的建立。材料不同，其本構(gòu)方程也不同。常用的本構(gòu)關(guān)系有兩類：唯象本構(gòu)關(guān)系和統(tǒng)計本構(gòu)關(guān)系，唯象本構(gòu)關(guān)系是用數(shù)理統(tǒng)計方法或人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的應(yīng)力、應(yīng)變、應(yīng)變速率等可以宏觀測量的物理量之間的關(guān)系，而不涉及有關(guān)原子、分子的微觀機(jī)制P[7]P。統(tǒng)計本構(gòu)關(guān)系是基于變形機(jī)理方面的描述，從位錯密度，晶粒尺寸等微觀結(jié)構(gòu)入手，建立耦合的本構(gòu)模型。其中唯象本構(gòu)關(guān)系形式簡單，便于應(yīng)用到塑性加工過程的有限元數(shù)值模擬P[8]P

σ-ε曲線,σ-ε曲線,結(jié)晶,動態(tài)