本文關(guān)鍵詞：HP40Nb乙烯裂解爐管焊接殘余應(yīng)力有限元分析

  更多相關(guān)文章： HP40Nb 有限元 焊接溫度場 焊接殘余應(yīng)力 補(bǔ)焊

【摘要】：乙烯裂解爐是乙烯裂解裝置中的核心設(shè)備,乙烯裂解爐管作為乙烯裂解爐的關(guān)鍵構(gòu)件則為重中之重。HP40Nb合金由于具有良好的抗高溫性能、抗?jié)B碳、耐氧化以及耐疲勞而廣泛用于制造乙烯裂解爐管。然而乙烯裂解爐管長期在裂解性氣體環(huán)境中服役,承受滲碳、滲碳開裂、彎曲、鼓脹、蠕變開裂、熱疲勞開裂及氧化等失效。并且裂解爐管焊接接頭部位作為爐管的薄弱環(huán)節(jié)經(jīng)常在裂解爐運(yùn)行過程中產(chǎn)生開裂失效,往往會引起較大的經(jīng)濟(jì)損失。焊接殘余應(yīng)力是爐管開裂失效的主要原因之一,因此研究爐管的殘余應(yīng)力分布對其損傷分析與壽命預(yù)測研究等具有重要意義。本文以φ63mm×6.4mm的HP40Nb裂解爐管為研究對象,運(yùn)用大型有限元分析軟件ABAQUS,編寫基于“生死”單元技術(shù)的焊接過程有限元程序,實(shí)現(xiàn)焊接溫度場的模擬,再將得到的焊接溫度場結(jié)果文件作為應(yīng)力應(yīng)變場的預(yù)定義場,實(shí)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變場的模擬。模擬過程中考慮材料物理力學(xué)性能隨溫度的變化,得到了焊接溫度場和殘余應(yīng)力場的大小及分布規(guī)律。結(jié)果表明:焊縫及熱影響區(qū)具有較高的殘余應(yīng)力值;除起焊點(diǎn)及其附近位置之外,軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力沿焊縫焊接方向是分布均勻的;環(huán)向殘余應(yīng)力沿內(nèi)外表面分布趨勢一致,而軸向殘余應(yīng)力沿內(nèi)外表面的分布規(guī)律相反。爐管開裂失效往往需要進(jìn)行焊接修復(fù),延長其服役周期。本文在原焊接殘余應(yīng)力狀態(tài)下研究了焊縫區(qū)補(bǔ)焊和熱影響區(qū)補(bǔ)焊的殘余應(yīng)力分布規(guī)律,結(jié)果表明補(bǔ)焊后的殘余應(yīng)力值較原焊態(tài)初始應(yīng)力值增加,徑向和軸向應(yīng)力的增加幅值略有不同。其次本文研究了不同補(bǔ)焊長度、補(bǔ)焊寬度、補(bǔ)焊深度對殘余應(yīng)力分布的影響。結(jié)果表明:補(bǔ)焊長度越短,最大殘余應(yīng)力值越高,隨補(bǔ)焊長度的增加,應(yīng)力幅值降低;補(bǔ)焊寬度越窄,殘余應(yīng)力值也越高,隨補(bǔ)焊寬度的增加,應(yīng)力值降低,且對內(nèi)表面殘余應(yīng)力分布影響增大。不同補(bǔ)焊深度對外表面殘余應(yīng)力分布影響較小,內(nèi)表面殘余應(yīng)力隨補(bǔ)焊深度增加而增大。
【關(guān)鍵詞】：HP40Nb 有限元 焊接溫度場 焊接殘余應(yīng)力 補(bǔ)焊
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG404;TQ221.211
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 變量注釋表16-17
• 1 緒論17-27
• 1.1 研究背景17-19
• 1.2 研究現(xiàn)狀19-25
• 1.3 研究內(nèi)容和研究意義25-26
• 1.4 本章小結(jié)26-27
• 2 焊接有限元理論分析27-33
• 2.1 焊接溫度場理論27-30
• 2.2 焊接熱彈塑性應(yīng)力分析30-32
• 2.3 本章小結(jié)32-33
• 3 爐管焊接過程有限元分析33-53
• 3.1 研究對象33
• 3.2 有限元模型33-36
• 3.3 有限元計(jì)算程序的驗(yàn)證36-39
• 3.4 焊接溫度場結(jié)果分析39-42
• 3.5 焊接應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果分析42-51
• 3.6 本章小結(jié)51-53
• 4 爐管補(bǔ)焊過程有限元分析53-73
• 4.1 補(bǔ)焊區(qū)域?qū)堄鄳?yīng)力分布的影響53-60
• 4.2 補(bǔ)焊長度對補(bǔ)焊殘余應(yīng)力的影響60-64
• 4.3 補(bǔ)焊寬度對補(bǔ)焊殘余應(yīng)力的影響64-68
• 4.4 補(bǔ)焊深度對補(bǔ)焊殘余應(yīng)力的影響68-71
• 4.5 本章小結(jié)71-73
• 5 結(jié)論73-75
• 參考文獻(xiàn)75-81
• 作者簡歷81-83
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1033088