FSW焊缝残余应力和氢浓度对结构服役安全的影响研究

发布时间：2023-04-24 21:36

　　在能源危机和环境问题日益严重的今天,氢作为一种高效且清洁的能源备受能源行业关注。而高压气态储氢罐作为贮存、运输氢的载体,其结构安全、服役寿命自然成为目前氢能技术发展过程中急需要研究的问题。搅拌摩擦焊作为一种高效而又环保的固相连接工艺,具有残余应力低、残余变形小、无焊丝等优点,在航空航天,汽车和制造业在内的不同行业广泛采用。本文采用有限元分析方法,研究搅拌摩擦焊缝残余应力和环境中氢浓度对结构服役安全的影响研究。为了较好的评估结构服役安全,根据疲劳裂纹扩展速率公式进行计算,来对构件的疲劳寿命进行有效的预测。本文首先根据搅拌摩擦焊的热输入特点,通过ABAQUS有限元软件,建立热输入数值模型和顺序热力耦合模型,模拟了整个焊接过程温度场和应力场的变化。结果表明:焊接过程中的温度最大值能达到1083℃,其温度场的分布形式呈“彗星”状。焊缝中心区域的残余应力值低于焊缝边缘,表现为拉伸应力,远离焊缝中心区域的残余应力表现为压缩应力。同时还发现搅拌头转速与对应的纵向残余应力峰值呈现负相关性。其次利用所得到的搅拌摩擦焊的残余应力场,通过ABAQUS子程序SIGINI输入至含中心裂纹的有限元平板模型,得到残...

【文章页数】：56 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 焊缝残余应力和氢浓度对结构安全的研究现状
        1.2.1 FSW焊接残余应力研究
        1.2.2 FSW焊接构件疲劳寿命
        1.2.3 氢脆的破坏机理
    1.3 本文主要研究内容
2 FSW焊后残余应力有限元分析
    2.1 引言
    2.2 顺序热力耦合理论
        2.2.1 瞬态传热问题基本方程
        2.2.2 瞬态传热有限元分析
        2.2.3 热弹塑性问题基本方程
        2.2.4 热弹塑性有限元分析
    2.3 有限元模型及热源模型描述
        2.3.1 FSW平板焊接有限元模型描述
        2.3.2 热源模型的研究
        2.3.3 FSW平板焊接有限元方法验证
    2.4 热力耦合模拟结果及分析
        2.4.1 温度场的动态演变
        2.4.2 焊后残余应力场的结果分析
        2.4.3 搅拌头转速对焊后残余应力的影响
    2.5 本章小结
3 残余应力和氢浓度对焊接构件疲劳裂纹扩展影响研究
    3.1 引言
    3.2 基本理论
        3.2.1 氢扩散理论
        3.2.2 氢吸附降低表面能理论
        3.2.3 裂纹扩展速率预测方法
    3.3 断裂力学模型和扩散模型有限元验证
    3.4 氢浓度和残余应力对构件疲劳性能影响研究
        3.4.1 仅考虑环境中氢的作用
        3.4.2 仅考虑残余应力的作用
        3.4.3 考虑残余应力和氢的共同作用
    3.5 本章小结
4 总结与展望
    4.1 全文总结
    4.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3800060