铸造残余应力对球墨铸铁制压力容器承压性能影响的研究

摘要

随着球墨铸铁制压力容器应用范围的不断扩大，其标准建设受到了业内的重视。笔者在研究时发现美国和欧盟球铁容器标准在铸件去应力退火工艺方面的规定存在差异。本课题的开展有助于解释该差异，并积累相关数据为我国球铁容器标准的建设提供资料。本文同时还建立了系统的研究方法，有助于类似课题的研究。
　　 本文以某型号的油水分离器壳体为研究对象，采用数值模拟和试验的方法，研究了铸造残余应力对该球铁容器承压性能的影响，主要完成的工作和所获结论如下:
　　 (1)采用Unigraphics和HyperMesh对球铁容器及其浇铸系统进行建模和网格划分，并成功地将网格导入到ProCAST中，在正确设置铸造工艺参数和程序运行参数的基础上对容器的铸造过程进行了模拟，获得了凝固过程中温度场和应力场的分布情况;
　　 (2)将铸造模拟所获的残余应力场作为应力边界条件导入到Abaqus中，并对容器的材料、载荷和边界条件的进行了设置，在此基础上对容器的承压过程进行了有限元塑性分析模拟，得到了注液加压全过程中容器的应力-应变分布情况;
　　 (3)选取经过不同热处理工序的两台同型号同规格容器作为试验对象，采用容器注液加压试验装置对两台容器分别进行加压试验，并通过布置在器身上的应变片采集了加压过程中球铁容器的应变数据。
　　 (4)对比分析数值模拟结果与试验数据，发现二者吻合较好，因而采用数值模拟的研究方法是可行的;
　　 (5)根据数值模拟结果和试验数据，当承载压力较低时，铸造残余应力对球铁容器承压性能的影响并不明显;当承载压力较高时，铸造残余应力对球铁容器的承压性能有削弱作用;
　　 (6)对比分析由数值模拟得出的球铁容器极限载荷，铸造残余应力的存在会降低容器的极限载荷，但对于本文所研究的球墨铸铁油水分离器壳体，铸造残余应力对其承压性能的影响十分有限。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 球墨铸铁容器应用现状

1．1．1 球墨铸铁容器应用案例

1．1．2 球墨铸铁容器法规标准

1．1．3 球墨铸铁容器发展趋势

1．2 铸造残余应力研究进展

1．2．1 铸造残余应力产生机理

1．2．2 铸造残余应力研究现状

1．3 铸件凝固过程应力场数值模拟技术进展

1．3．1 技术发展概况

1．3．2 研究阶段的划分

1．3．3 力学模型和数值算法

1．4 压力容器塑性分析方法技术进展

1．5 课题研究的意义

1．6 本文的研究方法和主要内容

2 球铁容器铸造与承压过程数值模拟

2．1 数值模拟计算平台的选择

2．1．1 ProCAST的介绍

2．1．2 Abaqus的介绍

2．1．3 ProCAST与Abaqus数据接口的介绍

2．2 数值模拟流程介绍

2．3 容器铸造工艺过程模拟

2．3．1 球铁容器建模

2．3．2 有限元网格划分

2．3．3 铸造工艺设置

2．3．4 运行参数设置

2．3．5 模拟结果

2．4 容器承压过程塑性分析

2．4．1 有限元网格的导入

2．4．2 材料属性设置

2．4．3 分析步设置

2．4．4 载荷及边界条件设置

2．4．5 模拟结果

2．5 本章小结

3 球铁容器承压试验

3．1 试验目的和方法

3．2 试验用球铁容器

3．3 试验装置

3．4 试验流程

3．4．1 操作程序

3．4．2 应变测点的布置

3．4．3 试验测量数据记录

3．5 试验结果

3．5．1 试验数据处理

3．5．2 容器最大主应变数据曲线

3．6 本章小结

4 数值模拟与试验综合分析

4．1 数值模拟与试验数据的对比

4．2 铸造残余应力对球铁容器承压性能影响的分析

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者简历