大瓣片高強(qiáng)鋼球罐殼板成形機(jī)理及本構(gòu)關(guān)系研究

大瓣片高強(qiáng)鋼球罐殼板成形機(jī)理及本構(gòu)關(guān)系研究隨著石油、化工、冶金及城市燃?xì)夤I(yè)的發(fā)展，作為儲存容器的球罐，得到了廣泛的應(yīng)用和迅速的發(fā)展。目前，球罐制造技術(shù)正向著容積大型化、結(jié)構(gòu)多樣化、高參數(shù)方向發(fā)展，這勢必要求球罐的瓣片盡可能大，減少焊縫長度，降低成本，同時提高整個球罐的安全性。我國從上個世紀(jì)80年代開始試制和生產(chǎn)σ_b=610MPa級別的高強(qiáng)鋼，但是板寬較窄，無法滿足大型球罐板寬較大的要求。直到本世紀(jì)初，才開始批量生產(chǎn)寬板高強(qiáng)鋼，這樣，使用國產(chǎn)高強(qiáng)鋼制造大型球罐已成為可能。因此，作為國產(chǎn)高強(qiáng)鋼板應(yīng)用于大型球罐的技術(shù)需求，大瓣片高強(qiáng)鋼球罐殼板成形機(jī)理及本構(gòu)關(guān)系研究勢在必行。本文對國產(chǎn)高強(qiáng)鋼球罐殼板沖壓成形過程中板料受力和變形進(jìn)行彈塑性分析，對成形過程進(jìn)行應(yīng)力測試與分析，推導(dǎo)多維應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)的彈塑性增量本構(gòu)關(guān)系，并對高強(qiáng)鋼球罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元數(shù)值計算。主要探討板料塑性變形的應(yīng)力狀態(tài)和變形狀態(tài)，為合理設(shè)計高強(qiáng)鋼球罐殼板沖壓成形工藝提供依據(jù)。以便進(jìn)一步提高產(chǎn)品的制造精度，確保產(chǎn)品質(zhì)量，提高球罐制造安裝技術(shù)水平。本文完成的具體工作摘要如下：1、通過對耦幾何與物理非線性為一體的圓板力學(xué)分析模型的研究，對球罐殼板沖壓成形過程中板料受力和變形進(jìn)行分析。主要討論板殼成形過程中的結(jié)構(gòu)性問題，探討板料塑性變形、板內(nèi)膜力對應(yīng)力狀態(tài)和變形狀態(tài)的作用以及回彈規(guī)律。板料成形過程符合線性強(qiáng)化理論。當(dāng)膜力卸除后，周向彈性變形和徑向縮短的彈性變形導(dǎo)致回彈。2、對大瓣片高強(qiáng)鋼球罐殼體成形過程進(jìn)行應(yīng)力測試與分析，在分析殼體成形工藝特點(diǎn)和力學(xué)特征的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地設(shè)計出合適的應(yīng)力測試方法，準(zhǔn)確測定沖壓加工過程中特定狀態(tài)下板殼內(nèi)的應(yīng)力分布及變化規(guī)律。壓力加工過程中，當(dāng)模具完全沖壓到位時，在模具中心區(qū)域出現(xiàn)最大拉伸應(yīng)變，應(yīng)力值也最大，其它部位應(yīng)力值均不超過中間部位，而卸載后該區(qū)反而出現(xiàn)了很小的壓應(yīng)力，這對容器的安全是有利的。因此在沖壓過程中只要控制沖壓變形量，使得中間部位應(yīng)力值小于材料的強(qiáng)度極限，就可保證板材不發(fā)生工藝性破裂，而且成形完成后該區(qū)也無不利的力學(xué)因素。哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文3、為了對高強(qiáng)鋼球罐殼板沖壓成形進(jìn)行非線性分析，研究材料的增量本構(gòu)關(guān)系尤為重要。在取得簡單拉壓實(shí)驗(yàn)及扭轉(zhuǎn)剪切實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，利用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的彈塑性理論，對高強(qiáng)鋼預(yù)制成形的屈服行為進(jìn)于了分析，借助己取得的高強(qiáng)鋼簡單拉壓的大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，推導(dǎo)出復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的高強(qiáng)鋼的塑性增量本構(gòu)關(guān)系。同樣，利用己取得的高強(qiáng)鋼的扭轉(zhuǎn)剪切實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及通過大量的數(shù)值模擬，推導(dǎo)出復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下高強(qiáng)鋼的塑性增量本構(gòu)關(guān)系另一種表達(dá)式。應(yīng)用材料參數(shù)之間的關(guān)系，證明了高強(qiáng)鋼的塑性增量本構(gòu)關(guān)系的兩種表達(dá)式的統(tǒng)一性。這是應(yīng)用簡單實(shí)驗(yàn)資料推導(dǎo)多維應(yīng)力狀態(tài)的彈塑性增量本構(gòu)關(guān)系的一種有效方法。4、采用理論分析與有限元數(shù)值計算相結(jié)合的方法，建立球殼板結(jié)構(gòu)模型、帶支柱球殼板結(jié)構(gòu)模型和帶人孔球殼板結(jié)構(gòu)模型，對高強(qiáng)鋼球罐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了驗(yàn)證性的有限元數(shù)值計算。利用承受內(nèi)壓球殼開圓孔問題的理論解來校正有限元數(shù)值計算模型，通過不同單元模式和單元劃分(包括開孔附近的單元網(wǎng)格密集度的劃分)的試算比較，來形成合理的計算