有限元模型下航天氣瓶裂紋過載控制研究.pdf

1、在我國航空、航天事業(yè)的發(fā)展過程中，國內(nèi)普遍采用37SiMnCrNiMoV超高強度鋼作為高壓氣瓶的制造材料，但是由于37SiMnCrNiMoV超高強度鋼對于環(huán)境的敏感性，使得出現(xiàn)的大部分問題為應(yīng)力腐蝕斷裂問題，因此應(yīng)力腐蝕斷裂門檻值成為其研究的重點。
　　本文通過改進(jìn)的應(yīng)力強度因子計算方法，考慮了前后表面對裂紋的共同影響，分別對航天氣瓶的三個部分進(jìn)行了斷裂評定，得出應(yīng)力峰值最高區(qū)，不一定是氣瓶整體部分?jǐn)嗔岩装l(fā)生的最危險區(qū)，由于受氣瓶

2、瓶體厚度方向應(yīng)力梯度影響及局部補強作用，使得氣瓶瓶嘴過渡段成為斷裂最易發(fā)生的危險區(qū)。
　　此后采用MSC.MARC2010有限元軟件建立裂紋模型，并對模型不同的裂紋區(qū)域采用不同的網(wǎng)格劃分方法，針對裂紋尖端奇異性采用退化的20節(jié)點單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到趨于穩(wěn)定的J積分值，并將得到的值用于裂紋前端應(yīng)力強度因子的計算，與通過公式計算得到的結(jié)果極為接近，表明網(wǎng)格的劃分是精確的；此后，完整的模擬了含裂紋的平板拉伸的過程，并通過過載模擬得到在

3、加載過程中裂紋首先起裂的部位，一次過載確實提高了裂紋尖端殘余應(yīng)力的值，同時對模型進(jìn)行了二次加載，看到二次過載循環(huán)結(jié)束以后裂紋尖端殘余應(yīng)力的值有增大的趨勢，說明過載確實提高了裂紋尖端抵抗發(fā)生脆性斷裂的能力；隨后通過實驗進(jìn)行了驗證，過載確實在提高殘余應(yīng)力、改善裂紋尖端塑形變形方面具有一定的有利作用，但當(dāng)過載次數(shù)達(dá)到一定量時，這種有利作用不會明顯的增加，反而會引起一定的材料硬化等不利現(xiàn)象的發(fā)生，所以盲目的增加過載次數(shù)不僅對于實驗材料和過程是一

4、種浪費，而且可能會帶來不利的影響，應(yīng)綜合考慮過載次數(shù)有利與不利的影響，尋求較為合理的過載次數(shù)。
　　最后根據(jù)實際情況引入了小子樣分散系數(shù)法，由于航天氣瓶相對應(yīng)力腐蝕門檻值在小子樣容量條件下往往偏離實際統(tǒng)計值，本文提出將小子樣分散系數(shù)引入航天氣瓶相對應(yīng)力腐蝕門檻值中，考慮了可靠度、置信水平和實驗過載次數(shù)因素的影響，更趨近于實際統(tǒng)計值，為應(yīng)力腐蝕門檻值相對系數(shù)理論值及過載次數(shù)的合理性提供了新思路，具有一定的實驗參考價值，為確定合適的相