在能源危機和環(huán)境問題日益嚴重的今天,氫作為一種高效且清潔的能源備受能源行業(yè)關注。而高壓氣態(tài)儲氫罐作為貯存、運輸氫的載體,其結構安全、服役壽命自然成為目前氫能技術發(fā)展過程中急需要研究的問題。攪拌摩擦焊作為一種高效而又環(huán)保的固相連接工藝,具有殘余應力低、殘余變形小、無焊絲等優(yōu)點,在航空航天,汽車和制造業(yè)在內(nèi)的不同行業(yè)廣泛采用。本文采用有限元分析方法,研究攪拌摩擦焊縫殘余應力和環(huán)境中氫濃度對結構服役安全的影響研究。為了較好的評估結構服役安全,根據(jù)疲勞裂紋擴展速率公式進行計算,來對構件的疲勞壽命進行有效的預測。本文首先根據(jù)攪拌摩擦焊的熱輸入特點,通過ABAQUS有限元軟件,建立熱輸入數(shù)值模型和順序熱力耦合模型,模擬了整個焊接過程溫度場和應力場的變化。結果表明:焊接過程中的溫度最大值能達到1083℃,其溫度場的分布形式呈“彗星”狀。焊縫中心區(qū)域的殘余應力值低于焊縫邊緣,表現(xiàn)為拉伸應力,遠離焊縫中心區(qū)域的殘余應力表現(xiàn)為壓縮應力。同時還發(fā)現(xiàn)攪拌頭轉速與對應的縱向殘余應力峰值呈現(xiàn)負相關性。其次利用所得到的攪拌摩擦焊的殘余應力場,通過ABAQUS子程序SIGINI輸入至含中心裂紋的有限元平板模型,得到殘...

【文章頁數(shù)】：56 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 焊縫殘余應力和氫濃度對結構安全的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 FSW焊接殘余應力研究
        1.2.2 FSW焊接構件疲勞壽命
        1.2.3 氫脆的破壞機理
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 FSW焊后殘余應力有限元分析
    2.1 引言
    2.2 順序熱力耦合理論
        2.2.1 瞬態(tài)傳熱問題基本方程
        2.2.2 瞬態(tài)傳熱有限元分析
        2.2.3 熱彈塑性問題基本方程
        2.2.4 熱彈塑性有限元分析
    2.3 有限元模型及熱源模型描述
        2.3.1 FSW平板焊接有限元模型描述
        2.3.2 熱源模型的研究
        2.3.3 FSW平板焊接有限元方法驗證
    2.4 熱力耦合模擬結果及分析
        2.4.1 溫度場的動態(tài)演變
        2.4.2 焊后殘余應力場的結果分析
        2.4.3 攪拌頭轉速對焊后殘余應力的影響
    2.5 本章小結
3 殘余應力和氫濃度對焊接構件疲勞裂紋擴展影響研究
    3.1 引言
    3.2 基本理論
        3.2.1 氫擴散理論
        3.2.2 氫吸附降低表面能理論
        3.2.3 裂紋擴展速率預測方法
    3.3 斷裂力學模型和擴散模型有限元驗證
    3.4 氫濃度和殘余應力對構件疲勞性能影響研究
        3.4.1 僅考慮環(huán)境中氫的作用
        3.4.2 僅考慮殘余應力的作用
        3.4.3 考慮殘余應力和氫的共同作用
    3.5 本章小結
4 總結與展望
    4.1 全文總結
    4.2 研究展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝



本文編號：3800060