铝合金圆筒结构淬火残余应力形成及分布规律研究

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1、硕士学位论文铝合金圆筒结构淬火残余应力形成及分布规律研究RESEARCHONFORMATIONANDDISTRIBUTIONOFQUENCHINGRESIDUALSTRESSOFALUMINUMALLOYCYLINDRICALSTRUCTURE齐冲2015年6月国内图书分类号：U663.9+1学校代码：10213国际图书分类号：629.5密级：公开工学硕士学位论文铝合金圆筒结构淬火残余应力形成及分布规律研究硕士研究生：齐冲导师：初冠南副教授申请学位：工学硕士学科：船舶与海洋工程所在单位：船舶与海洋工程学院答辩日期：2015年6月

2、授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U663.9+1U.D.C:629.5DissertationfortheDoctoralDegreeinShipEngineeringRESEARCHONFORMATIONANDDISTRIBUTIONOFQUENCHINGRESIDUALSTRESSOFALUMINUMALLOYCYLINDRICALSTRUCTURECandidate：QiChongSupervisor：Prof.GuannanChuAcademicDegreeAppliedfor：Doctoro

3、fShipEngineeringSpeciality：NavalArchitectureandOceanEngineeringAffiliation：SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要目前深潜结构无论从结构形式还是材料均已达到技术极限，表现为无法实现深潜结构在进一步提高极限潜深的同时具

4、备长航时、高容重比的技术指标，是制约海洋工程规模探测和深海开发的关键技术瓶颈。“内拉外压的环向残余应力”在提高极限承载能力的同时有利于拓宽容重比，协调探测深度与作业能力之间的矛盾，有望实现现有技术条件下耐压壳技术的突破。基于这一现状，本文以铝合金圆筒结构为研究对象，提出一种利用淬火处理所形成的残余应力来提高圆筒结构综合性能的方法。淬火是温度、相变、应力相互影响的复杂非线性过程，传统方法对于测量淬火残余应力的分布有一定局限和不足，也难以精确跟踪应力场演变规律。针对目前铝合金淬火模拟大多从固溶温度开始的情况，本文利用有限元分析软件A

5、BAQUS，建立了能揭示加热过程对铝合金圆筒淬火模拟影响的有限元模型，采用有限元模拟的方法对淬火过程进行了热固耦合分析。通过模拟计算，研究了圆筒在淬火过程中温度场、应力场的分布变化规律，淬火残余应力的形成历程与机制，关键参数对淬火残余应力的影响规律，以及淬火残余应力对圆筒几何形状的影响。基于残余应力释放引起加工变形的特征，对淬火残余应力的分布特点进行了测试，并对其导致的圆筒淬火变形进行了试验验证。研究结果表明：（1）加热过程对铝合金圆筒淬火模拟的温度场及残余应力影响很小，而对变形影响较大。（2）淬火初期，圆筒外层温度急剧下降，内

6、外温差迅速增大；随着冷却进行，圆筒降温速度明显减慢，内外温差越来越小，筒体温度逐渐接近淬火介质温度。（3）淬火初期，圆筒外层快速收缩，受到内层牵制而产生拉应力，内层受外层收缩影响而产生压应力，淬火后期应力反向变化，最终形成了内拉外压的环向残余应力。（4）圆筒的径厚比越小，材料的屈服强度越小、弹性模量越大、塑性模量越小，淬火工艺的固溶温度越大、淬火水温越小、冷却速度越大，最终形成的环向残余应力就越大，长度对淬火环向残余应力的影响非常小。（5）试验结果与模拟结果有较好的一致性，圆筒经外表面喷淋淬火可形成内拉外压的环向残余应力，同时整

7、体呈现双头喇叭形的微量变形趋势，对圆筒结构的承载性能影响很小。关键词：铝合金；圆筒结构；淬火；残余应力-I-`哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAtpresent,thedeepdivingstructurehasachieveditstechnicallimitbothinstructureformandmaterial.Itcannotfurtherimprovesubmergencedepthandachievethetechnicalindexoflongcruisingenduranceandhighvol

8、ume-weightratioatthesametime,whichisthekeytechnicalbottleneckthatconstrainstheexplorationscaleofoceanengineeringanddevelopmentofdee