本文關(guān)鍵詞：基于USRP加工管線鋼殘余應(yīng)力的模擬

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【摘要】：超聲表面滾壓加工(Ultrasonic Surface Rolling Process,USRP)是一種基于劇烈塑性變形的新型表面強(qiáng)化加工工藝,主要在表層引入殘余壓應(yīng)力場(chǎng)并產(chǎn)生加工硬化,從而提高試件的疲勞強(qiáng)度以及耐應(yīng)力腐蝕能力。利用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)超聲滾壓加工過程進(jìn)行數(shù)值模擬,在模型中改變下壓量、靜壓力、摩擦系數(shù)、小球直徑和加工遍數(shù)等工藝參數(shù),得到殘余應(yīng)力和等效塑性應(yīng)變沿試件厚度方向的分布曲線。對(duì)比下壓量和靜壓力兩種加載方式,根據(jù)等效應(yīng)力變化曲線的差異,研究?jī)煞N加載方式下超聲滾壓加工的差異。以X80鋼為研究對(duì)象,使用有限元分析方法對(duì)X80鋼焊接的殘余應(yīng)力進(jìn)行研究。通過ABAQUS軟件來模擬X80鋼焊接溫度場(chǎng)的分布,利用焊接熱分析結(jié)果進(jìn)行應(yīng)力分析得到焊接殘余應(yīng)力的大小和分布。模擬研究使用雙橢球熱源模型雙層焊時(shí),第二層焊接對(duì)第一層焊接殘余應(yīng)力的影響,以及采用不同的熱功率和焊接速度對(duì)焊接殘余應(yīng)力的大小和分布的影響。建立超聲表面滾壓加工的三維有限元模型,使用有限元軟件ABAQUS模擬了焊縫的USRP過程。開發(fā)了模擬焊接的移動(dòng)雙橢球熱源子程序,得到了經(jīng)超聲滾壓加工前后殘余應(yīng)力變化規(guī)律。模擬過程中,分析加工次數(shù)對(duì)超聲滾壓殘余應(yīng)力場(chǎng)分布影響的規(guī)律。結(jié)果表明,經(jīng)USRP處理,焊縫區(qū)產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力,隨著加工遍數(shù)增加,殘余壓應(yīng)力增大,URSP具有降低焊接殘余應(yīng)力的效果。為了驗(yàn)證基于ABAQUS對(duì)X80管線鋼焊接模擬以及焊接接頭超聲滾壓加工處理后殘余應(yīng)力模擬的準(zhǔn)確性,采用切塊法實(shí)驗(yàn)測(cè)量焊后殘余應(yīng)力分布來驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性。模擬同實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證總體吻合較好,表明有限元模型是正確的。
【關(guān)鍵詞】：X80管線鋼 超聲滾壓 殘余應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG306
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 課題研究背景10
• 1.2 管線鋼的發(fā)展歷史10-11
• 1.3 焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因及焊接數(shù)值模擬11-13
• 1.3.1 管線鋼焊接殘余應(yīng)力11-12
• 1.3.2 焊接的數(shù)值模擬12-13
• 1.4 焊接接頭焊后處理的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.5 課題研究?jī)?nèi)容16-17
• 第二章 USRP原理與理論17-22
• 2.1 超聲表面滾壓加工設(shè)備及原理17
• 2.2 USRP微觀機(jī)制17-19
• 2.3 數(shù)值模擬材料模型19-20
• 2.4 USRP模擬控制方程20
• 2.5 USRP接觸理論模型20-22
• 第三章 USRP加工有限元模擬22-41
• 3.1 基于ABAQUS的有限元分析模型的建立22-28
• 3.2 不同工藝參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力分布影響28-35
• 3.2.1 下壓量對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響28-31
• 3.2.2 靜壓力對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響31-32
• 3.2.3 小球直徑對(duì)殘余應(yīng)力的影響32-33
• 3.2.4 摩擦系數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力的影響33-34
• 3.2.5 加工遍數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力的影響34-35
• 3.3 不同工藝參數(shù)對(duì)等效塑性應(yīng)變的影響35-40
• 3.3.1 不同下壓量下等效塑性應(yīng)變的分布36-38
• 3.3.2 不同尺寸小球下的等效塑性應(yīng)變分布38
• 3.3.3 不同加工遍數(shù)下的等效塑性應(yīng)變分布38-39
• 3.3.4 不同摩擦系數(shù)下的等效塑性應(yīng)變的分布39-40
• 3.4 小結(jié)40-41
• 第四章 X80管線鋼焊接殘余應(yīng)力模擬研究41-58
• 4.1 研究材料及研究方案41-43
• 4.1.1 研究材料41-42
• 4.1.2 模擬方案42
• 4.1.3 基本模擬步驟42-43
• 4.2 試驗(yàn)物理模型43-47
• 4.2.1 熱源模型43-45
• 4.2.2 焊接熱源模型函數(shù)的加載45-46
• 4.2.3 有限元模型46-47
• 4.3 結(jié)果分析與討論47-56
• 4.3.1 焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響47-51
• 4.3.2 第二層焊接對(duì)第一層焊接殘余應(yīng)力的影響51-52
• 4.3.3 橫向應(yīng)力模擬結(jié)果52-54
• 4.3.4 縱向應(yīng)力模擬結(jié)果54-56
• 4.4 小結(jié)56-58
• 第五章 超聲滾壓加工對(duì)X80管線鋼焊接殘余應(yīng)力的模擬58-72
• 5.1 有限元模型58-59
• 5.1.1 溫度場(chǎng)模擬58
• 5.1.2 幾何模型及網(wǎng)格劃分58-59
• 5.2 USRP模擬結(jié)果與分析59-67
• 5.2.1 USRP焊縫表層殘余應(yīng)力分析59-63
• 5.2.2 USRP焊縫沿厚度方向殘余應(yīng)力分析63-65
• 5.2.3 不同下壓量對(duì)焊接接頭性能研究65-67
• 5.3 X80管線鋼焊接殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)研究67-70
• 5.3.1 三維焊接殘余應(yīng)力測(cè)量67-68
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量68
• 5.3.3 測(cè)量結(jié)果68-69
• 5.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的對(duì)比分析69-70
• 5.4 小結(jié)70-72
• 第六章 結(jié)論72-73
• 參考文獻(xiàn)73-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果78-79
• 致謝79

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