交叉缩放椭圆管冷压成形的数值模拟

对新型强化换热管——交叉缩放椭圆管的冷压成形过程进行了有限元数值模拟。计算了成形后交叉缩放椭圆管的残余应力分布并比较了三个典型截面上的残余应力状况。分析了模具过渡段倾斜角对成形的影响。结果表明残余应力最大值出现在换热管过渡段的内壁面;模具过渡段倾斜角较小时将使换热管表面的残余应力显著增大。分析结果有利于加工过程中控制参数的合理选择。综合考虑交叉缩放椭圆管的换热性能和加工后的残余应力状况,给出了模具过渡段倾斜角的参考值。     

反应堆压力容器接管安全端焊接残余应力模拟及其焊接参数优化研究

目的 针对反应堆压力容器接管安全端焊接残余应力较大易导致应力腐蚀开裂的问题,探究焊接工艺参数对焊接残余应力的影响,并寻找最佳工艺参数。方法 利用有限元参数化建模方法建立反应堆压力容器接管安全端的三维热-力耦合模型,模拟其焊接过程,研究焊接残余应力的变化情况。采用正交试验设计法分析了焊接电流、焊接速度及层间冷却时间对焊后最大等效应力的影响,建立了焊后最大等效应力与焊接电流、焊接速度及层间冷却时间的二次回归模型,基于该模型利用遗传算法寻优焊接参数。结果 焊接残余应力峰值靠近熔合区位置,残余应力较高,超过了材料的屈服应力;各参数按对焊后等效残余应力峰值的影响由大到小的顺序依次为焊接速度、焊接电流、层间冷却时间。正交试验所得最佳工艺参数如下：焊接电流为610 A,焊接速度为20 mm/s,层间冷却时间为400 s,经遗传算法进一步优化后所得的最佳参数如下：焊接电流为610 A,焊接速度为23 mm/s,层间冷却时间为427 s。通过仿真验证遗传算法优化结果,得到焊接残余应力的峰值为373 MPa,比未优化前减小了44 MPa。结论 优化后的工艺参数有效降低了焊接残余应力,提高了反应堆压力容器接...     

0Cr18Ni9不锈钢换热管应力腐蚀开裂原因分析

某管板式换热器运行不到2个月,换热管进口端即发生开裂。通过宏观分析、化学成分分析、水质分析、金相分析、断口以及能谱分析等方法,对换热管开裂属性及原因进行了分析。结果表明:该换热管开裂为应力腐蚀开裂;循环冷却水中较高含量的氯离子以及换热管进口端处于应力腐蚀敏感温度区导致了应力腐蚀的快速发展。最后,给出了进行焊后热处理和加强循环冷却水处理的建议。     

热交换器不锈钢管泄漏原因分析

通过宏观检验、化学成分分析、力学性能试验、腐蚀试验、断口分析、能谱分析以及金相检验等手段对某项目6号机组3号高压加热器热交换器换热管发生泄漏的原因进行了分析。结果表明:该热交换器不锈钢管发生泄漏失效主要是因为介质中存在氯和氧元素(启停机凝结水),在遮热板钻孔内壁和失效管外壁之间产生点蚀和缝隙腐蚀,破坏了换热管表面的钝化膜并形成点蚀坑(孔),在热应力、冲击应力和振动应力作用下逐渐萌生微裂纹,最终发生应力腐蚀开裂和振动疲劳开裂,并导致泄漏。     

喷丸强化对民用飞机腐蚀损伤构件残余应力及疲劳寿命的影响

以修理过程中去除腐蚀产物后的民用飞机腐蚀损伤构件为研究对象,针对7075铝合金损伤试样,采用玻璃弹丸为介质,研究喷丸强化对损伤构件表面残余应力及疲劳寿命的影响。首先通过试验确定获得所需喷丸强度及覆盖率的工艺参数,进而测量不同参数喷丸强化后的构件表面残余应力,并分析残余应力沿构件表面方向的分布规律。通过对构件损伤表面进行喷丸以及连同相邻侧面进行喷丸的不同范围的试验研究,得到构件的不同强化效果。疲劳试验结果表明:当只对损伤表面进行喷丸强化时,疲劳寿命的改善相对有限,而将喷丸区域扩大至与损伤表面相邻的构件侧表面时,疲劳寿命将有大幅度提高。     

凝汽器铜管腐蚀研究

某电厂凝汽器铜管在抽查中发现管内壁发生不均匀腐蚀,腐蚀区呈裂纹状,沿管轴向或沿与轴向45度方向扩展.对腐蚀后凝汽器黄铜管进行了成分分析、力学性能及残余应力测试、织构测试;用金相显微镜和扫描电镜进行观察及能谱分析;并用该黄铜管在实验室中进行了疲劳模拟试验.结果表明,凝汽器黄铜管内壁出现的裂纹状损伤是由于疲劳腐蚀引起的.     

7075-T651铝合金喷丸工艺的仿真与试验研究

为探究喷丸工艺参数对材料残余应力分布的影响,以7075-T651铝合金材料为研究对象,基于铝合金材料特性和试验条件,利用ANSYS/LS-DYNA建立喷丸有限元模型,获得了不同喷射距离、喷射压力和弹丸直径下残余应力的分布情况。结果表明：增大喷射压力和弹丸直径可以显著提高最大残余压应力和残余压应力影响深度,且喷射距离应保持在适当的范围内,最后将应力计算值和实测值进行对比,最大偏差为(10.0±12.5) MPa,偏差率不超过6.9%。分析认为通过有限元模型能够准确地获得残余应力的分布情况,有助于开展喷丸工艺参数对残余应力分布规律的影响研究。     

选区激光熔化AlSi10Mg蜂窝夹层管制备及其力学性能研究

目的 研究SLM工艺参数对蜂窝夹层管残余应力、变形以及力学性能的影响。方法 采用正交试验法研究了不同工艺参数对选区激光熔化成形零件残余应力和变形的影响。通过有限元模拟的方法,仿真AlSi10Mg蜂窝夹层管的3D打印过程,得到成形管件的残余应力分布及变形程度。制备蜂窝夹层管3D打印试样,将实心管作为对照组,对比测试管件在轴向压缩、径向压缩及三点弯曲条件下的力学性能。结果 激光功率对残余应力和变形的影响最大。采用最优参数组合打印的管件微观形貌中不同熔池之间呈现出相互交错的结构,致密度达99.78%。轴向压缩中实心管的承载极限为497 MPa,蜂窝夹层管的最大承载极限为390 MPa。在径向压缩条件下,蜂窝夹层管承载能力是实心管的86.62%。在三点弯曲试验中蜂窝夹层管出现2次波峰,承载极限为52 MPa,与实心管的承载极限非常接近。结论 确定最优参数组合为:激光功率200 W、扫描速度1 200 mm/s、扫描间距100 μm,蜂窝隔板厚度0.6 mm、蜂窝孔对边距离5 mm。相同尺寸的蜂窝夹层管相较于实心管质量可以降低22.68%,其力学性能降低并不明显。     

变形反射镜薄膜应力与元件变形有限元研究

残余应力是变形反射镜面临的一个重要问题。考虑薄膜中残余应力的起源,利用有限元软件建立了变形反射镜有限元模型。基于所建立的有限元模型,计算变形镜各部分受薄膜残余应力作用后的变形与应力分布。与试验测量结果进行对比,计算结果表明,建立的模型是合理的,薄膜产生的残余应力为张应力,氟化物薄膜产生的张应力大于ZnS薄膜产生的压应力,残余应力主要集中在变形反射镜镜面上,基本呈放射状分布,外圈驱动器受到应力较大。     

加热器TP304不锈钢换热管腐蚀泄漏原因分析

通过宏观检验、化学成分分析、金相检验、力学性能测试、扫描电镜以及能谱分析等方法,对某加热器TP304不锈钢换热管腐蚀开裂泄漏原因进行了分析。结果表明:该TP304不锈钢换热管腐蚀泄漏区域有硫和氯元素沉积,显微组织中含有形变马氏体,其力学性能远远高于标准要求,导致换热管外表面产生应力腐蚀裂纹,裂纹不断扩展最终致使换热管泄漏;换热管固溶处理不充分和管程外的介质没有达到锅炉水质要求,是导致换热管产生泄漏的主要原因。     

316L不锈钢板式换热器泄漏原因

316L不锈钢板式换热器使用约半年后频繁出现泄漏事故,通过扫描电镜分析、能谱分析、金相检验、显微硬度检测和有限元模拟分析等方法对泄漏原因进行了分析.结果表明:316L不锈钢板片发生了应力腐蚀开裂,造成泄漏.板片冷加工后产生了较大的残余拉应力且环境中存在Cl-腐蚀介质,导致残余应力较大的波峰和波谷处产生裂纹和腐蚀坑,是造...     

金属胶接接头残余应力计算及数值分析

利用Baker模型和弹塑性有限元方法研究了胶接接头搭接区残余应力的分布.结果表明,因胶粘荆的线膨胀系数比被粘物高得多,胶层固化时被粘物阻碍了胶层的收缩,故胶层中为残余拉伸应力,被粘物中为残余压缩应力,胶层中的残余应力远大于被粘物中的残余应力.利用Baker模型和有限元计算远离自由端的胶层中的残余应力,两者吻合.被粘物中的残余应力呈中心对称,等效应力经多项式拟合后呈抛物线分布.     

凝汽器铜管腐蚀裂纹产生的原因分析及应对措施

对内壁出现裂纹状损伤的凝汽器黄铜管进行了成分分析、力学性能、残余应力及织构测试,用金相显微镜和扫描电镜进行了观察及能谱分析,并用该黄铜管在实验室中进行了各种模拟试验(应力腐蚀、疲劳和腐蚀疲劳).结果表明,凝汽器黄铜管内壁呈现束状腐蚀带,腐蚀带的方向与黄铜管轴向约成45°,且束状腐蚀带多出现在黄铜管服役状态的下侧.清除腐蚀产物后,腐蚀区底部形貌类似于应力腐蚀的解理断口,但并无解理断口的撕裂岭或河流状花样等特征,而是沿着某些特定晶面的腐蚀,是位错滑移-膜破裂-阳极溶解造成的腐蚀,它们是由于低应力腐蚀疲劳引起的,与一般概念上的应力腐蚀或腐蚀疲劳不同.由于服役管内壁存在一定的拉伸残余应力,它和波动的工作应力叠加,导致保护膜破裂,引起服役过程中黄铜管内壁沿最大剪切应力方向的腐蚀.这是低应力下的位错滑移-膜破裂-阳极溶解的特征,如果应力较高,则是通常意义上的腐蚀破裂或应力腐蚀,这时的裂纹一般与拉应力的方向垂直.由此推断,黄铜管在服役过程中受到较低幅度的交变应力,不足以导致常规意义上的腐蚀疲劳,却足以导致位错的滑移,从而导致保护膜破裂,引起沿特定晶面的腐蚀.束状腐蚀带出现在黄铜管管壁下侧,可能是黄铜管底部沉淀物造成闭塞电池效应,再加微生物腐蚀导致的. 在低的外应力下,在3.5%NaCl水溶液(含少量NH+4)中进行了模拟腐蚀疲劳实验,得到了与管轴向成一定角度的束状腐蚀疲劳区.     

盲孔法测水冷壁管残余应力的方法研究

盲孔法残余应力测试的研究主要集中在平板试样拉伸标定试验上,缺乏对曲面构件拉伸标定方法的试验研究。该文基于盲孔法测试技术对水冷壁管残余应力进行深入研究,建立三维有限元模型并进行模拟与分析,获得水冷壁管应变释放系数的模拟标定结果。得出当应力超过一定值时释放系数的绝对值随应力变化的规律,进而通过分段拟合的方法,获得基于形状改变比能参量S的孔边塑性应变修正公式。并利用相对误差曲线拟合法,由平板标定结果和曲面曲率计算推导出适用于曲面测试的应变释放系数的公式,拓展盲孔法残余应力测试的应用范围。实验结果显示释放系数与有限元模拟结果基本吻合,实际测试中预定的盲孔法可满足水冷壁管残余应力测试的要求。     

45钢表面喷丸强化工艺的模拟分析

为了研究高压水射流喷丸的工艺效果,选择合适的水射流喷丸工艺参数,利用ANSYS有限元仿真软件进行模拟分析,以玻璃为喷丸材料,45钢为靶体材料,采用LS-DYNA软件,建立喷丸与靶体的有限元模型,通过模拟喷丸冲击靶体的动态过程,得到弹坑的深度及最大残余压应力的分布情况,绘制工艺参数对弹坑深度以及最大残余压应力的关系曲线。结果表明:弹坑深度及最大残余压应力随着弹丸速度的增加而明显增加,而弹丸入射角度对于弹坑深度及最大残余压应力的影响则比较平缓;该仿真结果与试验结果相近。     

汽轮机抽汽疏水管焊缝开裂原因分析

某电厂汽轮机二级抽汽疏水管在运行过程中于焊缝处发生开裂。采用宏观分析、化学成分分析、金相检验、扫描电镜分析等方法对疏水管焊缝开裂原因进行了分析。结果表明:由于该疏水管直管和弯管对接焊后未进行去应力焊后热处理,焊缝处残余应力较高;在焊接残余应力、工作应力及氯离子的共同作用下,疏水管焊缝内壁萌生裂纹,裂纹由管内壁向外壁不断扩展,最终导致疏水管发生应力腐蚀开裂。     

振动时效工艺在消除膨胀波纹管残余应力中的应用

膨胀波纹管体冷压成型后存在较大的残余应力常导致管端面严重变形和尺寸不稳定,已成为制约管体焊接连接质量和效率提高技术瓶颈。探索振动时效法用于消除或减弱波纹管体残余应力的可行性。结合室内试验和现场试验数据,建立振动时效法适用的关键技术、工艺参数、评价方法以及后处理分析手段。采用所建立的评价体系,通过振动时效参数曲线观测和盲孔法残余应力测量,评定了该试验振动过程及振动时效效果有效性,这证明振动时效工艺可显著降低膨胀波纹管残余应力,能够满足膨胀波纹管焊接等工程需要,提高其尺寸稳定性。     

某车体侧墙立柱焊接过程CAE仿真研究

随着计算机技术的发展,铝合金焊接的数值模拟技术被越来越多的应用,在城市轨道交通行业、车辆制造等工程领域,铝合金因其材料的特殊性,焊后残余应力、焊接变形复杂,其焊接过程的控制成为制造控制的重要因素,本文运用现车焊接试验与有限元分析相结合的方法,利用现实与虚拟协同再现了某铝合金车体侧墙的焊接试验,由此控制和预测的项点包括焊接热输入、焊接残余应力、焊接温度场等参数,解决铝合金车体侧墙在制造过程中的焊接问题。本文利用大型商用有限元软件ABAQUS构建了铝合金车体侧墙的有限元模型、材料本构模型、夹具拘束作用模型,通过与工艺试验对比,实现焊接过程的控制。     

Q345R高压空冷器焊接接头应力腐蚀开裂分析

某高压空冷器进气口换热管和管板胀管焊接处发生泄漏事故，通过宏观观察、机械拉断断口及裂纹面分析、金相组织分析、显微硬度测试、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线能谱分析(EDS)等分析方法对泄漏失效处及关键位置材料进行检测和分析。研究发现高压空冷器进出口失效位置的裂纹均是由管箱内壁接头处向胀接间隙表面开裂，并且裂纹面能谱分析结果发现大量的S元素存在。结合管道受力情况、断口形貌、元素分析判定本次失效的模式为硫化氢应力腐蚀开裂(SSCC)。管内硫化氢为腐蚀源，在焊接残余应力集中和外载结构应力的协同作用下，焊趾发生SSCC开裂，裂纹沿着熔合线扩展至胀管外壁，发生泄漏失效。     

面齿轮磨削齿面力热耦合及残余应力研究

根据面齿轮磨削残余应力的产生机理和Prandtl-Reuss方法,建立磨削表层热弹塑性力学本构关系;基于面齿轮磨削方法和Gleason接触原理,得出碟形砂轮磨削点接触椭圆方程参数、磨削力和磨削热流量的数学模型。构建面齿轮磨削单齿3D有限元模型,采用小步距移动法模拟磨削载荷的移动,仿真磨削温度场,得到磨削瞬态最高温度位于磨削接触弧中心区域。采用力热耦合间接法仿真分析了磨削表层残余应力,得出磨削齿面上为残余压应力,齿面里层为残余拉应力;随磨削深度和砂轮速度增大,齿面残余应力增加显著;但随展成速度增大,齿面残余应力增幅减小。采用X射线衍射法实验,对比分析了面齿轮磨削表层残余应力的实测值与仿真值,其相对误差最大值17.8%在精度控制范围内,说明力热耦合有限元分析残余应力有效,为改善面齿轮磨削质量提供了依据。