管板孔开槽液压胀接接头性能的三维有限元分析（一）——管板孔开槽时液压胀接接头处的等效应力及残余接触压力的分布

采用三维弹塑性有限元方法对换热器管板孔开槽的液压胀接接头进行分析,研究了管子和管板材料都具有非线性应变硬化性质时,胀接接头处的等效应力和管子—管板之间接触压力与残余接触压力的分布状况,以及它们随胀接压力大小而变化的规律。     

液压胀管工艺残余接触压力分析

通过对AP1000型管子-管板的液压胀接过程进行分析,充分利用ANSYS软件的面-面接触单元,研究管子-管板材料、管子-管板尺寸、管孔排列方式、胀管压力、保压时间等因素与残余接触压力之间的关系,从而为管子-管板胀接工艺参数的确定提供理论依据。最后应用AP1000型管子进行胀管实验,证明了理论计算的准确性。     

先胀后焊连接中焊接对胀接连接强度的影响

以常见的低碳钢换热管与低合金钢管板胀焊连接接头为研究对象,采用有限元法进行了换热器管子与管板焊接过程的模拟,研究了焊接温度场作用下,不胀区长度Lx对先胀后焊接头胀接区残余接触压力的影响。计算结果表明焊接对胀接区的影响主要表现为胀接区接触范围及接触压力数值的减小,采用接头接触压力减小系数fpr和接触面积减小系数far来定量描述焊接对先胀后焊接头胀接区的影响,给出了焊接对先胀后焊接头中胀接区影响的定量数值。同时,研究结果表明,当增加不胀区长度Lx时,焊接对胀接区的影响有所减小。先胀后焊连接接头设计应考虑焊接对胀接的削弱作用,对于中等厚度的管板、胀接连接性能要求较高的胀焊接头,不推荐采用先胀后焊。     

多道焊三维残余应力场有限元模拟

运用大型有限元计算软件ABAQUS，对316L不锈钢平板多道焊接头的温度场和残余应力场进行模拟。有限元模型中选用三维实体单元，考虑材料物理性能随温度的变化和周边对流、辐射散热的影响。运用内生热的加载方法模拟焊接热源，运用单元激活技术模拟多道焊焊接过程。获得了三维多道焊焊接温度场和残余应力场，并对计算结果进行分析。     

球罐胀形后残余应力的研究

本文用X射线法对模拟胀球过程的宽板试样拉伸前后的残余应力分布进行了测量,用塑性理论及弹塑性有限元对测量结果进行了分析,现场实测了用无模胀球工艺制造的首台200m~3液化气球罐热处理后的残余应力分布。结果表明:球罐胀形后内侧存在横向(垂直于焊缝方向)残余压应力,纵向(平行于焊缝方向)残余应力水平很低,有时也为压应力。胀形后残余应力的这种有利分布,提高了球罐的抗应力腐蚀性能。这是新工艺在防止球罐破坏,保证安全运行方面的独特优点。     

橡胶胀管法支持先胀后焊工艺

管壳式换热器中管子与管板胀焊结构接头的加工制作,是先胀后焊还是先焊后胀好,至今仍有争论。橡胶胀管新技术支持先胀后焊工艺,可以获得优良的胀焊结构接头。     

蒸汽发生器管子管板胀焊结合残余接触应力分析

采用有限元方法模拟蒸汽发生器管子管板的胀焊结合工艺过程,研究不同胀接压力下管子管板残余接触应力的分布情况、焊接温度场对管子管板残余接触应力的影响,以及未胀接区域长度对管子管板胀接区域残余接触应力的影响.分析结果表明,在胀接压力作用下,管子管板两端产生环向应力峰值,环向应力峰值随胀接压力的增大而增大,且管子过渡区域环向应...     

换热器的液压胀管研究（一）—胀接压力的确定

本文用弹塑性理论对换热器液压胀管压力进行分析,导出了液压胀接后残余接触压力与胀接压力成正比的关系。提出了换热器液压胀接时胀接压力的选择方法。     

双层管液压胀合过程的试验研究

胀合液压力的大小在双层管液压成形过程中起着决定性作用，因此准确地确定胀合液压力的工作范围至关重要。基于弹塑性理论，并结合试验研究，得到了胀合液压力与残余接触压力及外层管外壁环向应力之间的对应关系。结果表明：胀合液压力的工作范围及残余接触压力的试验值和理论计算符合良好，计算数据与试验值之间的最大误差为5．5％，为液压胀合双层管的工业生产和进一步理论研究提供较为科学的依据。     

异种钢接头焊接残余应力分析及实验研究

异种钢接头是电站锅炉中的一个重要部件。本文应用热弹塑性有限元对１０２钢和３０４Ｈ钢管通过镍基合金充材料焊接的异种钢接头的焊接残余应力场及经过退火后的残余应力场进行了数值计算，并应用全释放法对该焊接头进行了实测，计算结果与实测结果基本吻合。这些结果可供异种钢接头失效研究和其焊接工艺的制订时参考。     

高压水射流喷丸降低焊接残余应力有限元分析

焊接不可避免产生残余应力,对结构完整性造成很大影响。提出利用高压水射流喷丸技术降低焊接残余应力,并利用有限元法进行计算模拟。分别开发了模拟焊接的移动双椭球热源子程序及模拟高压水射流喷丸的移动压力载荷子程序,得到了经高压水射流喷丸处理前后焊接残余应力分布的变化规律。计算结果表明,经高压水射流喷丸处理后,焊缝和热影响区存在的焊态残余应力得到降低,在焊缝区已经产生压缩应力。证明高压水射流喷丸具有降低焊接残余应力的效果。     

反应堆压力容器内壁环形锻件焊接残余应力三维有限元数值模拟

某新型反应堆压力容器内壁设计了环形锻件与筒体内壁焊接的环形焊接结构。该种结构形式的焊缝首次在反应堆压力容器中出现,无成熟经验可以借鉴。为了了解该种复杂结构形式及大厚度焊缝的焊接残余应力幅值及分布规律,基于ANSYS有限元分析软件,建立了反应堆压力容器内壁环形锻件多层多道焊接三维有限元模型。在此基础上,以带状移动温度热源作为焊接热源模型计算出多层多道焊接的瞬态温度场结果,采用热-力间接耦合法,得到了焊接应力场计算结果。模拟结果表明,焊缝区域环向应力从上表面到下表面分布趋势为拉应力-压应力-拉应力,呈现自平衡的分布形式。根部焊道区域的环向应力为拉应力。焊缝上轴向应力最大为300 MPa左右;焊缝上下表面径向应力较大,达到400～500 MPa左右;峰值等效应力出现在焊缝根部区域,幅值最大约700 MPa。     

O形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析

利用大型有限元软件ANSYS对O形橡胶密封圈在不同压缩率和油压下的变形与受力情况进行了分析研究,得出了相应情况下范.米塞斯(Von M ises)应力分布及接触压力与最大接触压力的变化关系。结果表明:随着油压的增加,范.米塞斯(Von M ises)应力相应增加,且应力峰区也相应改变,说明O形圈可能出现裂纹的位置是随着油压而变化的;O形橡胶密封圈与轴之间的最大接触压力随着压缩率、油压的增加而增加,在不同油压作用下,最大接触压力始终大于油压,满足O形圈的密封条件。     

相变温度对焊接残余应力的影响规律及机理分析

通过对焊缝金属相变温度、相变膨胀应变和焊接接头残余应力的测试，分析了相变应力的产生及其对焊接残余应力的影响，相变应力不仅能够降低焊缝金属由于热收缩所引起的残余拉伸应力，而且在一定的条件下还可以产生残余压缩应力，论述了相变温度对焊接残余应力的影响规律以及获得残余压缩应力的相变温度范围，试验证明相变温度在100～300℃范围内，焊缝金属可以获得残余压缩应力，其中在190℃左右时残余压缩应力达到最大。     

歪斜状况下滚子轴承的接触应力求解与分析

根据弹性接触理论,建立了滚子与滚道在歪斜工况下的接触模型,并结合影响系数法,编程求解了歪斜工况下滚子与滚道的接触问题。通过与赫兹理论解及有限元结果的对比,验证了程序结果的准确性。通过分析歪斜角、外载荷及滚道半径对滚子与滚道接触应力分布的影响,得到如下结论：歪斜工况下,滚子与滚道接触时会出现歪斜效应,即滚子与内圈接触时接触应力在接触副中部增大、两端减小,滚子与外圈接触时接触应力在接触副两端增大、中部减小;歪斜效应随着歪斜角的增大、外载荷的减小及滚道半径的减小而逐渐明显。     

O形密封圈接触压力的有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS建立了O形橡胶密封圈的二维轴对称模型,分析了在空气介质中O形圈和接触表面之间产生的接触压力与O形圈的截面尺寸、内径、压缩率及硬度的关系,并用统计分析法得到了回归方程。该方程描述了不同参数对O形圈所受接触压力的影响,进而可计算理论摩擦力,并可用于O形密封圈相关结构的力学分析及重要场合下O形圈的正确选用。     

复合管液压成形装置及残余接触压力预测

针对现有复合管制造工艺中存在的问题，研制开发了一种焊接不锈钢衬里复合管液压成形装置，介绍了该装置液压成形系统的工作原理及技术特点。阐述了复合管液压成形过程的原理，并采用弹塑性理论分析了其在液压成形过程中内管及外管的应力应变状态。推导出了复合管残余接触压力与成形压力之间关系的理论计算公式，通过实验对公式进行了验证。结果表明该装置结构及其计算方法适于工程应用。     

厚壁压力容器接管应力分布的三维有限元分析

对厚壁压力容器的应力分布进行三维有限元分析,研究不同焊接结构型式对接头应力分布的影响,并比较承载能力,利用映射和ＡｕｔｏＬｉｓｐ编程方法实现三维网格的自动剖分,对压力容器生产中焊接结构型式的选取有指导意义。     

双平板封头结构的焊接残余应力有限元模拟

双平板封头结构最常见的问题是面板与工艺接管焊接部位开裂引起泄漏,而焊接残余应力是重要的影响因素之一。基于ANSYS软件中的APDL语言、单元生死技术以及热-结构间接耦合法对双平板封头结构焊接温度场、应力场进行了数值模拟,获得了焊接残余应力的大小与分布规律。计算结果表明：在焊缝区环向应力水平较高,易诱使焊缝开裂失效;在焊缝附近区域产生了较大压应力,主要是由于焊缝区材料受热向外膨胀而产生。模拟结果为焊接残余应力评定、控制焊接残余应力提供了理论依据,并对提高双平板封头结构的可靠性和安全性具有重要意义。     

相变对管道环焊缝残余应力的影响

利用ADINA程序计算了管道环焊缝接头未考虑相变和考虑相变两种情况下的残余应力,有限元分析中考虑了材料热物理性能参数和力学性能参数的温度相关性.结果表明,考虑相变应力比未考虑相变应力,其外表面的轴向压应力值增加,内表面的拉应力值降低;外表面的环向应力出现压应力,内表面的拉应力值降低,最大拉应力的峰值区偏向近缝区.这说明相变应力对管道接头焊缝和近缝区有较大的影响.计算结果与实测结果基本一致,对焊接接头的金相组织分析也验证了计算结果.