大直径厚壁压力气瓶热处理过程数值模拟与实验研究

《大直径厚壁压力气瓶热处理过程数值模拟与实验研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目大直径厚壁压力气瓶热处理过程数值模拟与实验研究作者姓名杜雄飞学科专业机械设计及理论指导教师王葛副教授2015年5月中图分类号：TG156.3学校代码：10216UDC：621.7密级：公开工学硕士学位论文大直径厚壁压力气瓶热处理过程数值模拟与实验研究硕士研究生：杜雄飞导师：王葛副教授申请学位：工学硕士学科专业：机械设计及理论所在单位：机械工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMachineryDesignandTheoryNU

2、MERICALSIMULATIONANDEXPERIMENTONHEATTREATMENTPROCESSOFLARGEDIAMETERANDTHICKWALLGASCYLINDERbyDuXiongfeiSupervisor:AssociateProfessorWangGeYanshanUniversityMay,2015燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《大直径厚壁压力气瓶热处理过程数值模拟与实验研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部

3、分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《大直径厚壁压力气瓶热处理过程数值模拟及实验研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印

4、、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要大直径厚壁压力气瓶承载压力高，长期工作在“加载—卸载”的疲劳环境中。天然气钢瓶发生爆炸事故的主要原因之一就是气瓶在热处理生产过程后的残余应力水平过高。由于大直径厚壁压力气瓶具有尺寸大、质量大的特点，其热处理工艺往往十分复杂。淬火‐回火过程是大直径厚壁压力气瓶热处理工艺中最为重要的环节，对其最终质量和使用性能起着至关重要的作用。数值模拟技

5、术可以准确逼真的模拟淬火‐回火工艺生产，预测热处理后工件质量，为大直径厚壁压力气瓶的调质工艺制定与生产工艺优化提供了一种有效研究方法。首先，本文通过查阅文献获得了30CrMo钢的高温力学性能以及30CrMo钢中不同组织在不同温度下的比热和常温密度，并给出了材料的TTT曲线和CCT曲线，为数值模拟研究提供了可靠的基础数据。接着，考虑了大直径厚壁压力气瓶在热处理过程中温度-组织-应力三者间的相互耦合关系，变物性参数、相变潜热、相变塑性等因素对调质生产过程的影响，建立了大直径厚壁压力气瓶热处理过程的数学模型。并利用CAD和CAE软件，建

6、立了大直径厚壁压力气瓶的三维几何模型和有限元模型。进而利用有限元软件分析平台DEFORM，结合实际热处理生产工艺特点，对大直径厚壁压力气瓶的传统淬火-回火（Q-T）淬火过程，设计了“内表面间歇径向喷雾外表面连续喷水”和“内外表面同步间歇喷雾”两种淬火工艺，并进行了数值模拟计算，分析了传统淬火-回火过程中气瓶内特征节点的温度、组织和应力的变化情况。然后，针对气瓶使用过程中强度满足但韧性不足的特点，提出对大直径厚壁压力气瓶进行新型Q-P和Q-P-T热处理工艺方案，并对新型工艺下气瓶的温度和应力演变情况进行了数值模拟分析。几种工艺模的数

7、值拟分析结果表明，四种热处理工艺淬火过程可以不同程度调节瓶体截面的温度梯度及瓶内气压，降低淬火应力，保证瓶体完全淬透，最终热处理后获得不同程度的残余应力。最后，通过拉伸试验、扫描电镜、XRD实验，验证了有限元分析模型的有效性，分析了各工艺的优缺点，并根据气瓶使用要求和各工艺参数特点确定了最佳工艺。关键词：压力气瓶；热处理；Q-P工艺；Q-P（-T）工艺I燕山大学工学硕士学位论文AbstractLargediameterandthickwallgascylinderendurehighpressureandworkinfatigue

8、conditionsofunloadingandloadingforalongtime.Oneofthereasonswhichgascylindersexplodeisthehighresidualstresslevelafterheattrea