大瓣片高强钢球罐壳板成形机理及本构关系研究

摘要

本文对国产高强钢球罐壳板冲压成形过程中板料受力和变形进行弹塑性分析,对成形过程进行应力测试与分析,推导多维应力和应变状态的弹塑性增量本构关系,并对高强钢球罐结构进行了有限元数值计算.主要探讨板料塑性变形的应力状态和变形状态,为合理设计高强钢球罐壳板冲压成形工艺提供依据.以便进一步提高产品的制造精度,确保产品质量,提高球罐制造安装技术水平.本文完成的具体工作摘要如下:1、通过对耦几何与物理非线性为一体的圆板力学分析模型的研究,对球罐壳板冲压成形过程中板料受力和变形进行分析.主要讨论板壳成形过程中的结构性问题,探讨板料塑性变形、板内膜力对应力状态和变形状态的作用以及回弹规律.板料成形过程符合线性强化理论.当膜力卸除后,周向弹性变形和径向缩短的弹性变形导致回弹.2、对大瓣片高强钢球罐壳体成形过程进行应力测试与分析,在分析壳体成形工艺特点和力学特征的基础上,创新性地设计出合适的应力测试方法,准确测定冲压加工过程中特定状态下板壳内的应力分布及变化规律.压力加工过程中,当模具完全冲压到位时,在模具中心区域出现最大拉伸应变,应力值也最大,其它部位应力值均不超过中间部位,而卸载后该区反而出现了很小的压应力,这对容器的安全是有利的.因此在冲压过程中只要控制冲压变形量,使得中间部位应力值小于材料的强度极限,就可保证板材不发生工艺性破裂,而且成形完成后该区也无不利的力学因素.3、为了对高强钢球罐壳板冲压成形进行非线性分析,研究材料的增量本构关系尤为重要.在取得简单拉压实验及扭转剪切实验的实验数据基础上,利用连续介质力学的弹塑性理论,对高强钢预制成形的屈服行为进行分析,借助已取得的高强钢简单拉压的大量实验数据,推导出复杂应力状态下的高强钢的塑性增量本构关系.同样,利用已取得的高强钢的扭转剪切实验数据以及通过大量的数值模拟,推导出复杂应力状态下高强钢的塑性增量本构关系另一种表达式.应用材料参数之间的关系,证明了高强钢的塑性增量本构关系的两种表达式的统一性.4、采用理论分析与有限元数值计算相结合的方法,建立球壳板结构模型、带支柱球壳板结构模型和带人孔球壳板结构模型,对高强钢球罐结构进行了验证性的有限元数值计算.

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1课题研究的工程背景、目的和现实意义

1.1.1球罐制造发展史

1.1.2课题研究的目的和现实意义

1.2国内外球罐制造技术现状和发展趋势

1.3本文的主要研究内容

第2章大瓣片高强钢球罐壳板成形工艺及弹塑性分析

2.1大瓣片高强钢球罐壳板成形工艺

2.1.1球壳板的尺寸计算

2.1.2球壳板下料板幅的计算

2.1.3球壳板压制成形

2.1.4压制及校正成形模具

2.2大瓣片高强钢球罐壳板成形过程弹塑性分析

2.2.1冲压成形的弹塑性分析

2.2.2球罐壳板冲压后的回弹规律

2.3本章小结

第3章高强钢球壳板成形过程应力测试与分析

3.1高强钢球壳板应力测试与分析目的及要求

3.2研究内容、技术关键及解决途径

3.3分析测试方案

3.3.1基本理论依据

3.3.2强化阶段E'值计算

3.4具体测试方法

3.4.1测点布局

3.4.2随动架设计

3.4.3试件选取

3.4.4点压试件的排压顺序及测试方法

3.5数据处理和应力计算方法

3.6测试结果及分析

3.6.1测试有效性分析

3.6.2测试图表及应力计算结果(一)

3.6.2测试图表及应力计算结果(二)

3.7综合分析

3.8本章小结

第4章高强钢球罐壳板材料本构关系研究

4.1高强钢球壳板材料的拉伸和纯扭剪切力学性能

4.1.1实验材料和实验方法

4.1.2单一拉伸实验

4.1.3纯扭转试验

4.1.4高强钢单一拉伸与纯扭转的关系

4.2应用实验资料建立复杂应力状态的本构关系

4.2.1应用拉压实验数据建立材料的本构关系

4.2.2应用剪切实验数据建立材料的本构关系

4.2.3本构关系的统一性

4.3本章小结

第5章大瓣片高强钢球罐有限元计算与分析

5.1计算内容及原理

5.1.1计算内容

5.1.2计算原理

5.2计算分析过程

5.3计算模型的建立与计算结果分析

5.3.1计算模型的建立

5.3.2高强钢球罐计算结果分析

5.3.3球罐结构整体强度分析

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历