在能源危機(jī)和環(huán)境問題日益嚴(yán)重的今天,氫作為一種高效且清潔的能源備受能源行業(yè)關(guān)注。而高壓氣態(tài)儲氫罐作為貯存、運(yùn)輸氫的載體,其結(jié)構(gòu)安全、服役壽命自然成為目前氫能技術(shù)發(fā)展過程中急需要研究的問題。攪拌摩擦焊作為一種高效而又環(huán)保的固相連接工藝,具有殘余應(yīng)力低、殘余變形小、無焊絲等優(yōu)點(diǎn),在航空航天,汽車和制造業(yè)在內(nèi)的不同行業(yè)廣泛采用。本文采用有限元分析方法,研究攪拌摩擦焊縫殘余應(yīng)力和環(huán)境中氫濃度對結(jié)構(gòu)服役安全的影響研究。為了較好的評估結(jié)構(gòu)服役安全,根據(jù)疲勞裂紋擴(kuò)展速率公式進(jìn)行計(jì)算,來對構(gòu)件的疲勞壽命進(jìn)行有效的預(yù)測。本文首先根據(jù)攪拌摩擦焊的熱輸入特點(diǎn),通過ABAQUS有限元軟件,建立熱輸入數(shù)值模型和順序熱力耦合模型,模擬了整個(gè)焊接過程溫度場和應(yīng)力場的變化。結(jié)果表明:焊接過程中的溫度最大值能達(dá)到1083℃,其溫度場的分布形式呈“彗星”狀。焊縫中心區(qū)域的殘余應(yīng)力值低于焊縫邊緣,表現(xiàn)為拉伸應(yīng)力,遠(yuǎn)離焊縫中心區(qū)域的殘余應(yīng)力表現(xiàn)為壓縮應(yīng)力。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)攪拌頭轉(zhuǎn)速與對應(yīng)的縱向殘余應(yīng)力峰值呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。其次利用所得到的攪拌摩擦焊的殘余應(yīng)力場,通過ABAQUS子程序SIGINI輸入至含中心裂紋的有限元平板模型,得到殘...

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 焊縫殘余應(yīng)力和氫濃度對結(jié)構(gòu)安全的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 FSW焊接殘余應(yīng)力研究
        1.2.2 FSW焊接構(gòu)件疲勞壽命
        1.2.3 氫脆的破壞機(jī)理
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 FSW焊后殘余應(yīng)力有限元分析
    2.1 引言
    2.2 順序熱力耦合理論
        2.2.1 瞬態(tài)傳熱問題基本方程
        2.2.2 瞬態(tài)傳熱有限元分析
        2.2.3 熱彈塑性問題基本方程
        2.2.4 熱彈塑性有限元分析
    2.3 有限元模型及熱源模型描述
        2.3.1 FSW平板焊接有限元模型描述
        2.3.2 熱源模型的研究
        2.3.3 FSW平板焊接有限元方法驗(yàn)證
    2.4 熱力耦合模擬結(jié)果及分析
        2.4.1 溫度場的動態(tài)演變
        2.4.2 焊后殘余應(yīng)力場的結(jié)果分析
        2.4.3 攪拌頭轉(zhuǎn)速對焊后殘余應(yīng)力的影響
    2.5 本章小結(jié)
3 殘余應(yīng)力和氫濃度對焊接構(gòu)件疲勞裂紋擴(kuò)展影響研究
    3.1 引言
    3.2 基本理論
        3.2.1 氫擴(kuò)散理論
        3.2.2 氫吸附降低表面能理論
        3.2.3 裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測方法
    3.3 斷裂力學(xué)模型和擴(kuò)散模型有限元驗(yàn)證
    3.4 氫濃度和殘余應(yīng)力對構(gòu)件疲勞性能影響研究
        3.4.1 僅考慮環(huán)境中氫的作用
        3.4.2 僅考慮殘余應(yīng)力的作用
        3.4.3 考慮殘余應(yīng)力和氫的共同作用
    3.5 本章小結(jié)
4 總結(jié)與展望
    4.1 全文總結(jié)
    4.2 研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝



本文編號：3800060