鋁合金圓筒結(jié)構(gòu)淬火殘余應(yīng)力形成及分布規(guī)律研究.pdf

1、目前深潛結(jié)構(gòu)無論從結(jié)構(gòu)形式還是材料均已達(dá)到技術(shù)極限，表現(xiàn)為無法實現(xiàn)深潛結(jié)構(gòu)在進(jìn)一步提高極限潛深的同時具備長航時、高容重比的技術(shù)指標(biāo)，是制約海洋工程規(guī)模探測和深海開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸?！皟?nèi)拉外壓的環(huán)向殘余應(yīng)力”在提高極限承載能力的同時有利于拓寬容重比，協(xié)調(diào)探測深度與作業(yè)能力之間的矛盾，有望實現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)條件下耐壓殼技術(shù)的突破。基于這一現(xiàn)狀，本文以鋁合金圓筒結(jié)構(gòu)為研究對象，提出一種利用淬火處理所形成的殘余應(yīng)力來提高圓筒結(jié)構(gòu)綜合性能的方法。

2、>　　淬火是溫度、相變、應(yīng)力相互影響的復(fù)雜非線性過程，傳統(tǒng)方法對于測量淬火殘余應(yīng)力的分布有一定局限和不足，也難以精確跟蹤應(yīng)力場演變規(guī)律。針對目前鋁合金淬火模擬大多從固溶溫度開始的情況，本文利用有限元分析軟件ABAQUS，建立了能揭示加熱過程對鋁合金圓筒淬火模擬影響的有限元模型，采用有限元模擬的方法對淬火過程進(jìn)行了熱固耦合分析。通過模擬計算，研究了圓筒在淬火過程中溫度場、應(yīng)力場的分布變化規(guī)律，淬火殘余應(yīng)力的形成歷程與機(jī)制，關(guān)鍵參數(shù)對淬火殘

3、余應(yīng)力的影響規(guī)律，以及淬火殘余應(yīng)力對圓筒幾何形狀的影響。基于殘余應(yīng)力釋放引起加工變形的特征，對淬火殘余應(yīng)力的分布特點進(jìn)行了測試，并對其導(dǎo)致的圓筒淬火變形進(jìn)行了試驗驗證。
　　研究結(jié)果表明：（1）加熱過程對鋁合金圓筒淬火模擬的溫度場及殘余應(yīng)力影響很小，而對變形影響較大。（2）淬火初期，圓筒外層溫度急劇下降，內(nèi)外溫差迅速增大；隨著冷卻進(jìn)行，圓筒降溫速度明顯減慢，內(nèi)外溫差越來越小，筒體溫度逐漸接近淬火介質(zhì)溫度。（3）淬火初期，圓筒外層快

4、速收縮，受到內(nèi)層牽制而產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)層受外層收縮影響而產(chǎn)生壓應(yīng)力，淬火后期應(yīng)力反向變化，最終形成了內(nèi)拉外壓的環(huán)向殘余應(yīng)力。（4）圓筒的徑厚比越小，材料的屈服強(qiáng)度越小、彈性模量越大、塑性模量越小，淬火工藝的固溶溫度越大、淬火水溫越小、冷卻速度越大，最終形成的環(huán)向殘余應(yīng)力就越大，長度對淬火環(huán)向殘余應(yīng)力的影響非常小。（5）試驗結(jié)果與模擬結(jié)果有較好的一致性，圓筒經(jīng)外表面噴淋淬火可形成內(nèi)拉外壓的環(huán)向殘余應(yīng)力，同時整體呈現(xiàn)雙頭喇叭形的微量變形趨勢，