本文關(guān)鍵詞：熱預(yù)應(yīng)力內(nèi)壓厚壁圓筒自增強技術(shù)研究與仿真

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【摘要】：內(nèi)壓厚壁圓筒在承受高壓或超高壓時,通常采用自增強技術(shù)來提高其承載能力及疲勞壽命;主要有液壓自增強、機械自增強等方法,但這些方法在應(yīng)用上仍有一定的難度。熱預(yù)應(yīng)力自增強技術(shù)通過在筒體的內(nèi)、外壁制造溫差來實現(xiàn)自增強,操作簡單、安全經(jīng)濟。因此,對熱預(yù)應(yīng)力自增強理論進行研究,分析溫差對承載能力的影響十分必要。本文以內(nèi)壓厚壁圓筒為研究對象,采用理論研究和數(shù)值模擬的方法,圍繞熱預(yù)應(yīng)力自增強的幾個重要階段開展基礎(chǔ)研究,從而為熱預(yù)應(yīng)力自增強技術(shù)的運用提供理論支持。研究工作主要包括以下幾個方面:首先系統(tǒng)地研究了厚壁圓筒的彈性熱應(yīng)力理論�；诶硐霃椝苄圆牧�,采用Tresca屈服準(zhǔn)則得到了內(nèi)壁屈服臨界溫差、內(nèi)壓與彈性熱應(yīng)力疊加的總應(yīng)力以及自增強后最高承載能力與溫差關(guān)系的計算公式,總結(jié)了彈性熱應(yīng)力的分布規(guī)律和溫差對承載能力的影響。然后,建立了彈塑性變形區(qū)的力學(xué)分析模型。在此基礎(chǔ)上,得到了平面應(yīng)力狀態(tài)下,厚壁圓筒在彈塑性變形階段的熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力及總應(yīng)力表達(dá)式;采用MATLAB編程求解了彈塑性交界半徑和外壁屈服臨界溫差的數(shù)值解,展示了各項應(yīng)力分布曲線;研究了此階段內(nèi)壓厚壁圓筒適宜的自增強方法。最后,建立了熱預(yù)應(yīng)力自增強過程的仿真模型�；跓帷Y(jié)構(gòu)耦合分析和塑性分析,采用ANSYS對自增強過程進行仿真;預(yù)測了彈塑性應(yīng)力分布及彈塑性交界面的位置。對比理論計算結(jié)果和仿真結(jié)果,驗證了理論分析的準(zhǔn)確性和仿真的可靠性。研究表明:在彈性階段,內(nèi)壓厚壁圓筒自增強后的最高承載能力隨溫差增大而線性提高;內(nèi)加熱適合此階段的自增強處理。在塑性階段,外加熱引起的殘余應(yīng)力在內(nèi)壁處為壓應(yīng)力。采用該應(yīng)力作為厚壁圓筒的預(yù)應(yīng)力時,自增強后的最高承載能力不隨溫差增大而線性增長,該特性為深入研究其承載能力提供了參考。ANSYS仿真分析是簡化理論計算過程、提高研究效率的重要手段。
【關(guān)鍵詞】：厚壁圓筒 自增強 溫差 熱應(yīng)力 ANSYS仿真
【學(xué)位授予單位】：湖南師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH49
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1. 緒論11-20
• 1.1 研究背景11-14
• 1.1.1 內(nèi)壓厚壁圓筒形壓力容器發(fā)展概述11-12
• 1.1.2 自增強技術(shù)機理及其優(yōu)越性12-14
• 1.2 國內(nèi)外自增強技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 自增強技術(shù)的方法及研究內(nèi)容14-17
• 1.2.2 熱應(yīng)力自增強方法的提出17-18
• 1.3 論文研究內(nèi)容及意義18-20
• 2. 厚壁圓筒的熱應(yīng)力分析20-41
• 2.1 彈性熱應(yīng)力求解20-31
• 2.1.1 厚壁圓筒彈性分析理論20-23
• 2.1.2 熱應(yīng)力分析概述23-24
• 2.1.3 基于彈性理論的熱應(yīng)力分析及求解24-29
• 2.1.4 算例分析29-31
• 2.2 彈塑性熱應(yīng)力求解31-39
• 2.2.1 厚壁圓筒塑性分析理論31-32
• 2.2.2 熱塑性應(yīng)力分析及求解32-38
• 2.2.3 算例分析38-39
• 2.3 本章小結(jié)39-41
• 3. 厚壁圓筒的殘余應(yīng)力分析41-49
• 3.1 彈塑性變形第一階段的殘余應(yīng)力41-45
• 3.1.1 卸載定理概述41-42
• 3.1.2 第一階段的殘余應(yīng)力求解42-43
• 3.1.3 算例分析43-45
• 3.2 彈塑性變形第二階段的殘余應(yīng)力45-47
• 3.2.1 第二階段的殘余應(yīng)力求解45-46
• 3.2.2 算例分析46-47
• 3.3 本章小結(jié)47-49
• 4. 熱預(yù)應(yīng)力內(nèi)壓厚壁圓筒自增強后的總應(yīng)力分析49-61
• 4.1 彈性熱應(yīng)力自增強后的總應(yīng)力分析49-54
• 4.1.1 內(nèi)壓下厚壁圓筒的應(yīng)力分析49
• 4.1.2 熱—機械載荷作用時厚壁圓筒的總應(yīng)力分析49-50
• 4.1.3 算例分析50-53
• 4.1.4 結(jié)論53-54
• 4.2 彈塑性熱應(yīng)力自增強后的總應(yīng)力分析54-59
• 4.2.1 彈塑性變形第一階段總應(yīng)力分析54-57
• 4.2.2 彈塑性變形第二階段總應(yīng)力分析57-59
• 4.3 本章小結(jié)59-61
• 5. 熱預(yù)應(yīng)力內(nèi)壓厚壁圓筒自增強過程的有限元仿真61-85
• 5.1 基于ANSYS的熱應(yīng)力仿真61-62
• 5.1.1 耦合場分析概述61
• 5.1.2 耦合場分析方法61-62
• 5.2 厚壁圓筒在彈性熱應(yīng)力階段自增強過程的有限元仿真62-74
• 5.2.1 分析問題62-63
• 5.2.2 彈性熱應(yīng)力有限元仿真63-70
• 5.2.3 總應(yīng)力有限元仿真70-74
• 5.3 基于ANSYS的塑性分析74-75
• 5.3.1 ANSYS塑性分析概述74
• 5.3.2 在ANSYS中進行材料非線性分析74-75
• 5.4 厚壁圓筒在彈塑性變形階段的有限元仿真75-84
• 5.4.1 分析問題75
• 5.4.2 第一階段彈塑性熱應(yīng)力有限元仿真75-81
• 5.4.3 第二階段彈塑性熱應(yīng)力有限元仿真81-84
• 5.5 本章小結(jié)84-85
• 6. 結(jié)論與展望85-87
• 6.1 結(jié)論85-86
• 6.2 展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-91
• 附錄91-92
• 致謝92

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本文編號：999941