确定护环残余应力分佈的测量理論与方法

有不少文献介绍了筒形件残余应力的测定方法,但这些方法都局限于没有轴向残余应力σ_x的情况下,或者有σ_x存在,σ_x沿轴向也是不变化的。由实践和理论分析可知,在多数工艺生产的护环中存在的残余应力是比较复杂的。不但存在着三向残余应力,而且轴向残余应力σ_x和切向残余应力σ_t沿轴向是变化的。这样,需要研究新的测量方法,来摸清护环中残余应力的分布规律。过去,工厂中已经做过一些大型的解剖试验,试图用切环方法,来确定在某     

基于ANSYS/LS-DYNA的V150油套管热矫直残余应力

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立V150油套管热矫直的三维有限元模型,研究矫直后环向和轴向残余应力的分布规律,并利用X线衍射法测最了矫直管内表面环向残余应力.结果表明:环向和轴向残余应力呈螺旋状分布,螺旋接触带与管体轴向成58°的夹角,与矫直辊倾角互余,相邻的2个螺旋接触带之间的距离约为350 mm,基本等于矫直管的螺距(349 mm);环向残余应力具有外拉内压规律,轴向残余应力外表面以拉应力为主,内表面拉压应力并存,压应力极大值出现在壁厚中部;矫直管内表面环向残余应力的实测值为-189～-489MPa,模拟数值为-130～-480MPa,两者吻合良好,表明建立的矫直模型是可靠的.     

用局部逐层去除法测量厚壁圆筒的内部残余应力

采用局部逐层去除法对厚壁圆筒热处理后的残余应力进行测量,拟合得到了圆筒轴向和环向残余应力的分布规律。结果表明,局部逐层去除法能有效地得到厚壁圆筒热处理后内部残余应力的大小及分布;厚壁圆筒热处理后的轴向残余应力在焊缝区域为压应力,内、外表面距离焊缝较远的区域为拉应力,且拉应力的最高值出现在厚壁圆筒接头的外表面热影响区附近,内部为压应力;厚壁圆筒热处理后环向残余应力在焊缝区域为拉应力,峰值出现在圆筒内部靠近内表面一侧,焊缝周围的母材区域为压应力。经过焊后热处理,厚壁圆筒的残余应力总体水平相对较低,环向残余应力和轴向残余应力均降至100MPa以下。     

柱面零件喷丸强化残余应力场的数值模拟

为研究柱面零件喷丸强化残余应力场的分布规律,应用ABAQUS软件模拟了单粒球形弹丸冲击柱面曲线轮廓零件靶体过程。接触碰撞数值模拟采用动态接触对惩罚函数法,计算方法采用中心差分时间显式算法,模型加载模式采用弹丸速度加载,模拟获得了喷丸强化残余应力场和位移场的分布规律。柱面靶体喷丸时,靶体表面产生的周向残余压应力和轴向残余压应力不等,且表面周向残余压应力略小于表面轴向残余压应力;靶体上产生的最大周向残余压应力和最大轴向残余压应力出现在距靶体表面相同深度位置,但最大周向残余压应力略小于最大轴向残余压应力,而周向残余压应力层深度略大于轴向残余压应力层深度。     

石油膨胀套管的力学性能及膨胀后的残余应力

针对选用的X52石油膨胀套管,通过不同的热处理工艺进一步改善其膨胀性能,研究了膨胀加工前后材料性能的变化规律.对于经扩径膨胀率达20%的管材,使用应力释放法测量了膨胀前后内外壁及焊缝熔合区、热影响区的轴向和环向残余应力.结果表明:经扩径膨胀后,管外壁的轴向和环向残余应力均为残余压应力,焊缝熔合区和热影响区的残余应力由拉应力向压应力转化,其中轴向残余应力变化幅度较大;管内壁膨胀后轴向与环向的残余应力均为残余拉应力.另外,对于不同膨胀率下力学性能与残余应力之间的关系中呈现的异常现象也进行了分析.     

汽轮发电机护环液压胀形强化新技术

护环是汽输发电机中关键零件之一。它是用来紧箍转子两端绕组线头的圆环,形状简单,但要求特别高的强度和好的塑性、残余应力低、不导磁。大都用奥氏体钢制造,主要用冷变形强化来提高它的强度。制造的难度大,困难多。我国过去生产的护环,工艺落后、残余应力高、质量不稳定,一直处于落后、被动的局面,不得不花昂贵的外汇去进口护环。     

双相不锈钢管道焊接残余应力参数的数值模拟

焊接残余应力一直为人们所关注，其大小和分布与焊接热源、接头形式和材料性能等多种因素有关，作者利用热弹塑性理论为基础的有限元数值模拟技术，对SAF2205双相不锈铜管道接头环焊缝残余应力进行有限元数值模拟，得到了管道内外表面残余应力的分布规律，即，在管道的焊缝及近缝区，内表面轴向残余应力是拉伸应力，外表面轴向残余应力是压缩应力，而内外表面环向残余应力都是拉应力；研究了不同的焊接线能量、管内径与壁厚比值R1／d和多层焊对焊接残余应力的影响，结果表明，残余应力受焊接能量变化的影响不大，外表面残余应力和内表面轴向残余应力部随着壁厚增大而增大，多层焊的残余应力有不同程度降低。     

两炮喇叭口爆炸成形强化护环拐点在上端面时残余应力的解析解

对两炮喇叭口爆炸成形强化护环拐点在上端面的情况进行分析,采用轴对称圆柱薄壳有矩理论,构造新的位移函数,得出该情况下残余应力的解析解,其在理论和工程实际中都有很大的价值.     

无缝钢管冷轧成型过程的数值模拟

本文采用非线性有限元法对无缝钢管的冷轧成型过程进行了数值模拟,得到了钢管在整个冷轧过程包括稳定轧制和钢管冷轧脱模后各个位置的位移场和应力应变场.根据数值计算结果绘制了钢管的轴向、环向及径向应力分布,并根据应力分布特点解释了钢管在冷轧过程中,不同的减径量如何影响成品管直径和壁厚精度的机理.数值计算结果表明:不同减径量情况下,稳定轧制阶段减径量的大小对钢管内外壁径向应力影响较小;对于环向应力,减径量越大,钢管外壁环向拉应力越大,而内壁环向压应力则越来越小;轴向应力同样与减径量的大小成反比例关系.残余应力沿圆周方向有明显不同,较小的轴向拉应力和较大的径向拉应力有利于轧制后轴向变形,较小的减径量有利于接近理论壁厚,但冷轧脱模后钢管直径大于理论直径.研究成果对于无缝钢管冷轧成型工艺设计以和轧辊孔型设计具有参考价值.     

測定薄壁圓筒残余应力分布的非解剖法——双端取环法

精确测定机器零件的残余应力值是机器设计的重要任务之一。目前测定残余应力分布的常用方法是解剖法,这种方法虽能测出残余应力的分布,但是被测零件被彻底破坏了。因此,对每件都需测量的零件如发电机护环等来说,解剖某件的数据仅有参考价值。本文根据力学基本原理提出了一种精确测量薄壁圆筒残余应力的新方法。它只要在圆筒两端的工艺余量内各取一个或两个薄环,不必解剖零件,就能确定整个筒内的残余应力分布,测量后,零件完整无损。这种方法经用本文提出的解剖法对残余内力和解剖后圆筒剩余部分的位移进行实验检验后证明是正确可靠的。这种方法对测定任何轴对称负荷(塑性加工、温度埸)产生的残余应力都是适用的。     

焊接结构的金属磁记忆检测

应用金属磁记忆检测方法,对焊接构件的法向和切向残余磁场强度进行了检测和分析.结果表明,法向残余磁场强度过零点处切向残余磁场强度最大,该方法可以检测焊接结构的残余应力分布.并通过对硬度的测定及其与抗拉强度的换算,得到硬度、抗拉强度与法向残余磁场强度的关系,即硬度高的地方,抗拉强度大,残余磁场强度梯度也大.研究认为可以通过对铁磁构件法向残余磁场强度的检测,得出硬度和抗拉强度的分布情况.     

发电机护环关键技术的研究

本文着重围绕发电机护环形变强化技术和晶粒度试验研究工作,扼要地介绍了关于爆炸变形强化、液压变形强化、残余应力、再结晶等在理论研究,科学实验和生产实践方面的若干结论.     

相对弯曲半径对冷弯厚壁型钢残余应力的影响

运用商用有限元程序建立三维的壳模型模拟板料的成型过程。分析了厚度为10mm,相对弯曲半径r/t分别为1,2,3,4的板料在多次成型后,其截面上各节点的轴向残余应力分布情况;以及成型后的模型弯曲段部分点沿径向的轴向残余应力分布。并且通过对四种模型的比较分析得出相对弯曲半径对冷弯残余应力的影响。进而为材料的稳定性分析提供参考,尽可能地为材料的产业化生产提供工艺优化的理论依据。     

模拟压裂作用对水泥环密封性破坏及改善研究

利用全尺寸水泥环密封性评价装置,研究了多段压裂作用下水泥环的密封完整性。分析了密封性破坏的机理;并提出了相应改善措施和评价标准。试验结果显示基浆水泥环在压裂交变应力作用下,加卸载次数较少时,水泥环密封完整性即遭到破坏;密封性失效发生在卸压阶段水泥环与套管之间的界面处。表明在套管内压高应力作用下,弹性模量较高的基浆水泥环中产生较大的应力,除了发生弹性变形还产生了塑性变形;卸载时套管弹性回缩,水泥环中塑性变形不可完全恢复而存在残余应变,导致二者在界面处的变形不协调一致而引起拉应力。随着压裂应力交变次数的增加,水泥环塑性变形不断累积,卸载后的残余变形和拉应力也随之增大。当拉应力超过界面处的胶结强度时出现微环隙,水泥环密封性破坏。采用掺入胶乳、弹性粒子等形成弹塑性水泥石,弹性模量降低并保持较高的抗压强度,压裂作用时水泥环中产生的应力相对其抗压强度较低,产生的塑性变形较小,因此提高了水泥环保持密封完整性时压裂应力交变的次数,改善了水泥环的密封性。     

内压作用下弯管应力的实验研究

采用电阴应变测量技术研究了带有初始随圆度的弯管在纯内压作用下的应力分布。实验结果表明,弯头横载面上的环向应力和轴向应力分布均呈相似的“Ｗ”型,但各点环向应力的绝对值均大于轴向应力。最大应力在外弧线的环向,比直管高出６２．７％,最小应力在中线弧处,为负值。这种应力分布情况也与弯管受平面弯矩时完全不同。     

大型液化石油气储罐组装环焊缝的残余应力分析

采用钻小盲孔残余应力释放法，测量250m^3液化石油气储罐组装环焊缝在退火前后的残余应力，分析局部退火工艺的退火效果，结果表明：高残余应力区出现在外壁面环向上，其退火后残余应力降幅在37％～60％之间，平均降幅达50％，最大减幅达299MPa；环焊缝局部退火工艺可消除30％～60％环向残余应力，达到了消除焊接残余应力的要求．     

激光冲击、喷丸及其复合强化对TB6钛合金表面完整性及轴向疲劳性能的影响

 为了提升TB6钛合金旋翼的疲劳性能,研究了喷丸、激光冲击及两者的复合工艺等3种表面强化方法对钛合金表面完整性及高周疲劳性能的影响规律。采用白光干涉仪、X射线残余应力测试仪和扫描电子显微镜分别对加工前后试样的表面形貌、表面残余应力分布和微观组织等表面完整性特征参数进行了表征,并采用疲劳试验机分别测试了轴向应力疲劳寿命和疲劳极限。结果表明,在相同加载条件下,相比磨削试样,采用单一的激光冲击试样的轴向应力疲劳寿命提高了32.2倍,而单一的喷丸和激光冲击+喷丸复合强化的试样疲劳寿命均提高了至少126.4倍。激光冲击+喷丸复合强化表现出比单一的喷丸强化更优的疲劳极限增益效果。     

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形的数值模拟

利用有限元分析软件MSC.Marc建立了简化的1/4旋转对称模型,对薄壁轴向微沟槽铜管的钢球高速旋压成形过程进行模拟,并对成形特征和等效应力应变、残余应力的分布规律进行分析.结果表明:成形过程中,金属回弹效应会导致齿根部出现凹口缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,沟槽管外壁面应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外壁面的应力;过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生裂纹等缺陷.     

Q370qE钢桥面板顶板-纵肋焊接残余应力试验研究

为研究Q370qE钢桥面板顶板-纵肋焊接细节残余应力,采用钻孔应变法对足尺正交异性钢桥面板试件进行了试验研究,得到了顶板表面纵、横焊接残余应力分布,分析了不同强度钢材对残余应力分布模型的影响.结果表明:顶板下表面的纵向残余应力σZ约为上表面的2倍,而横向残余应力σX则差别不大;由于残余应力受焊接顺序影响较大,导致较晚施工的焊缝所在顶板上表面σZ减小而σX增大,而顶板下表面σZ增大而σX减小.基于实测数据和数值模拟结果,提出了适用于Q370qE钢的纵向残余应力分布模型,其较Q235A或Q345钢材在焊缝附近具有更高的应力峰值和更大的应力梯度,在远离焊接区域则具有较小的压应力值.     

薄壁轴向微沟槽铜管高速旋压成形数值模拟

本文利用有限元分析软件MARC对薄壁轴向微沟槽铜管钢球高速旋压成形过程进行模拟,建立了简化的1/4旋转对称模型,并采用了更新拉格朗日算法和全局网格重划分技术,成功解决了模拟过程中的网格穿透和收敛问题.对薄壁微沟槽铜管的成形特征和残余应力、等效应力应变的分布规律进行了分析.结果表明,成形过程中,金属会出现回弹效应并由此产生凹口等缺陷;等效应力应变及三向应力应变沿轴向呈层状分布,表层应力超过材料应力极限导致铜屑产生,且易出现断管现象;沟槽底部的等效应力应变和残余应力大于齿顶与外表面.过大的残余应力容易造成材料脆化,进而产生粗糙形貌.该研究对优化成形工艺参数,抑制缺陷产生有着重要意义.