鋁合金圓筒結構淬火殘余應力形成及分布規(guī)律研究.pdf

1、目前深潛結構無論從結構形式還是材料均已達到技術極限，表現(xiàn)為無法實現(xiàn)深潛結構在進一步提高極限潛深的同時具備長航時、高容重比的技術指標，是制約海洋工程規(guī)模探測和深海開發(fā)的關鍵技術瓶頸?！皟?nèi)拉外壓的環(huán)向殘余應力”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)有技術條件下耐壓殼技術的突破?；谶@一現(xiàn)狀，本文以鋁合金圓筒結構為研究對象，提出一種利用淬火處理所形成的殘余應力來提高圓筒結構綜合性能的方法。

2、>　　淬火是溫度、相變、應力相互影響的復雜非線性過程，傳統(tǒng)方法對于測量淬火殘余應力的分布有一定局限和不足，也難以精確跟蹤應力場演變規(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、應力場的分布變化規(guī)律，淬火殘余應力的形成歷程與機制，關鍵參數(shù)對淬火殘

3、余應力的影響規(guī)律，以及淬火殘余應力對圓筒幾何形狀的影響?；跉堄鄳︶尫乓鸺庸ぷ冃蔚奶卣?，對淬火殘余應力的分布特點進行了測試，并對其導致的圓筒淬火變形進行了試驗驗證。
　　研究結果表明：（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)生拉應力，內(nèi)層受外層收縮影響而產(chǎn)生壓應力，淬火后期應力反向變化，最終形成了內(nèi)拉外壓的環(huán)向殘余應力。（4）圓筒的徑厚比越小，材料的屈服強度越小、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)向殘余應力就越大，長度對淬火環(huán)向殘余應力的影響非常小。（5）試驗結果與模擬結果有較好的一致性，圓筒經(jīng)外表面噴淋淬火可形成內(nèi)拉外壓的環(huán)向殘余應力，同時整體呈現(xiàn)雙頭喇叭形的微量變形趨勢，