航天器球形高壓氣瓶焊接強(qiáng)度分析.pdf

1、目前TC4鈦合金憑借其比強(qiáng)度高、耐腐蝕及優(yōu)良的高低溫性能，在航天領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。鈦合金球形高壓氣瓶是通過對接焊的方式，將兩個半球形殼體焊接成一個完整的球形氣瓶。球形高壓氣瓶由于內(nèi)部儲存著高壓氣體，因此焊接接頭質(zhì)量的好壞關(guān)系到高壓氣瓶乃至整個航天器的安全使用。航天器球形高壓氣瓶周期性的進(jìn)入地球向陽面和背陰面，其中的氣壓會周期性的變化。在交變載荷作用下，焊接接頭容易發(fā)生疲勞斷裂。因此對TC4鈦合金高壓氣瓶焊接接頭殘余應(yīng)力的預(yù)測以及疲勞

2、分析具有重要意義。
　　本文采用與參考文獻(xiàn)[71]中實驗一樣的焊接模型及焊接參數(shù)，利用 ANSYS軟件對航天器球形高壓氣瓶進(jìn)行焊接數(shù)值模擬。利用APDL語言和生死單元技術(shù)實現(xiàn)了焊接熱源的加載和移動，獲得焊接溫度場和應(yīng)力場隨時間的變化過程以及焊接殘余應(yīng)力的分布情況。然后將實驗結(jié)果和模擬結(jié)果進(jìn)行對比，驗證采用本文數(shù)值模擬方法進(jìn)行類似焊接模擬的可行性。然后利用ANSYS模擬高壓氣瓶的淬火過程，最后利用ANSYS FE-safe對高壓氣瓶

3、進(jìn)行疲勞分析，獲得其疲勞使用壽命和安全系數(shù)。
　　從溫度場來看，雖然模型對稱，但是球殼表面節(jié)點的溫度分布和變化趨勢并不對稱。焊接時，越過端部效應(yīng)后，焊接溫度場呈現(xiàn)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分布的特點。焊接時，焊接應(yīng)力場呈現(xiàn)類似準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分布的特點。焊件冷卻至室溫時焊縫兩側(cè)會出現(xiàn)“M”型橫向殘余應(yīng)力分布。淬火時效處理能夠有效降低焊接殘余應(yīng)力，并且能夠讓焊接殘余應(yīng)力分布趨于均勻。高壓氣瓶的氣嘴處疲勞壽命最短，焊縫處疲勞安全系數(shù)較低，發(fā)生疲勞破壞的概率較大。殘