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(qiáng)度鋼作為高壓氣瓶的制造材料，但是由于37SiMnCrNiMoV超高強(qiáng)度鋼對(duì)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(diǎn)。
　　本文通過改進(jìn)的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法，考慮了前后表面對(duì)裂紋的共同影響，分別對(duì)航天氣瓶的三個(gè)部分進(jìn)行了斷裂評(píng)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(xiǎn)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(bǔ)強(qiáng)作用，使得氣瓶瓶嘴過渡段成為斷裂最易發(fā)生的危險(xiǎn)區(qū)。
　　此后采用MSC.MARC2010有限元軟件建立裂紋模型，并對(duì)模型不同的裂紋區(qū)域采用不同的網(wǎng)格劃分方法，針對(duì)裂紋尖端奇異性采用退化的20節(jié)點(diǎn)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(qiáng)度因子的計(jì)算，與通過公式計(jì)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(shí)提高了裂紋尖端殘余應(yīng)力的值，同時(shí)對(duì)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(shí)提高了裂紋尖端抵抗發(fā)生脆性斷裂的能力；隨后通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，過載確實(shí)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(shí)，這種有利作用不會(huì)明顯的增加，反而會(huì)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(duì)于實(shí)驗(yàn)材料和過程是一

4、種浪費(fèi)，而且可能會(huì)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(shí)際情況引入了小子樣分散系數(shù)法，由于航天氣瓶相對(duì)應(yīng)力腐蝕門檻值在小子樣容量條件下往往偏離實(shí)際統(tǒng)計(jì)值，本文提出將小子樣分散系數(shù)引入航天氣瓶相對(duì)應(yīng)力腐蝕門檻值中，考慮了可靠度、置信水平和實(shí)驗(yàn)過載次數(shù)因素的影響，更趨近于實(shí)際統(tǒng)計(jì)值，為應(yīng)力腐蝕門檻值相對(duì)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(shí)驗(yàn)參考價(jià)值，為確定合適的相