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非解化物材构架液压胀大进境流体化简析

发布时间:08-25  

非均质厚壁球壳的设计参数所示是一200m3LPG球罐,其主要设计参数为:直径7100mm;厚度24mm;材料16MnR;结构为单曲率壳体;侧瓣数25;容积200m3;工作压力1.77MPa;成形压力3.42MPa.非均质球壳非线性有限元模型处理选用六边形八节点三维固体元。首先,对壳体进行一定的简化和模型处理。球壳离散模型、焊缝和热影响区的离散结构a、b.根据壳体的对称性,取坯料侧瓣的1/4,即中壳体的ABDECA部分,其各边界均处于壳体的某一子午面内,均为具有一定已知条件的边界,形成ABC和BCED两个板面,该两个板面完全代表壳体的变形过程。壳体按照a所示划分为234个节点,85个单元。



计算模型(a)非均质厚壁球壳(b)热影响区和焊缝1.母材2.热影响区3.焊缝4.外侧由于各边界均处于壳体的各个子午面内,且坐标系所取位置特殊,所以各边界的位移约束非常简单。ABD截面在XOZ平面内且处于壳体对称位置,所以其边界约束条件均为Y方向位移v=0.同样,DE截面在XOY平面内,其位移约束条件为Z方向位移w=0.截面ACE处于一般位置,但由于该截面在壳体的一对称子午面内,其位移只能在该子午面内。所以,该截面X,Y方向上的位移u、v是具有线性关系的,即v=utg7.2b=0.1273u,那么,可以采用位移约束方程法处理该边界的约束问题。所示为位移约束简。



用于度量平衡迭代收敛的相对位移允许值为1.0@10-3,用以度量平衡迭代的力的相对允许值为1.0@10-3,用以度量线性搜索收敛的允许值为0.3.计算中采用BFGS法,材料模式采用V.Mises弹塑性
各向同性强化,完全的Lagrange公式。由于是静力计算,惯性力不计,重力影响不记,弹性模量E=2.1@105,泊松比L=0.30,硬化模量Et=100.母材的屈服强度为350MPa,热影响区的屈服强度为母材的1.2倍,焊缝的屈服强度分别取为母材的0.8,1.0,1.2,1.4倍。引入组配比的概念,即指焊缝材料的屈服强度和母材屈服强度的比值,用符号Yr表示。所以焊缝的组配比Yr分别为0.8,1.0,1.2,1.4.外加载荷为三维面压力,经程序处理后转化为节点载荷。时间加载函数点。



由a还可看出,Yr增大,焊缝内侧的应力变化梯度随之增大,对外侧的等效应力的变化的影响并不明显,而热影响区的应力梯度明显增大。这是由于Yr=1.4时,热影响区首先发生塑性变形的缘故。随着Yr的增大,最大等效应力点的位置逐渐由热影响区转换到焊缝。



结论(1)有限元计算结果表明,变形初期与中期的内外表面的应力应变分布是相似的。不同之处是外表面拉应力占较大比例,焊缝往往处于一种压应力状态,这与实验结果吻合。(2)随着屈服强度比Yr增大,焊缝的内侧的应力变化梯度增大,对外侧的等效应力的变化的影响并不明显,而热影响区的应力梯度明显增大。且最大等效应力点的位置逐渐由热影响区转移到焊缝。

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