反拱形爆破片微观组织性能研究与数值模拟

作     者：李祺 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔祥伟

授予年度：2017年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：316L不锈钢 反拱形爆破片 冷变形 微观组织性能 数值模拟 

摘      要：随着生产力发展水平的提高,能源工业、石油化工工业、军事工业迅速发展,压力容器扮演着越来越重要的角色,但是,一旦发生超压而不采取有效的手段泄放压力,将严重威胁人们的生命财产安全,在多种超压泄放装置中,爆破片以泄压面积大、灵敏度高、无泄漏等优点,成为应用最为广泛的超压泄放装置,爆破片在服役过程中常受到循环载荷的作用,因此研究反复加载下爆破片的动作性能十分必要。本文对疲劳试验后的爆破片的微观组织性能进行了深入的研究,对于保证爆破片具有稳定的爆破性能及安全使用具有十分重要的意义。本文以用于长管拖车的316L反拱形爆破片为研究对象,开展室温下满足GB-16918-1997要求的疲劳试验、爆破试验,试验结果表明,疲劳试验后的爆破片在做爆破试验过程中,爆破压力随循环周次的增大而增大,显著超过许用值。为探究这一现象产生的原因,本文进行了 MVH-1000X超景深显微观测实验、金相分析、EBSD分析、EDS分析、XRD分析、显微硬度测量试验并利用ANSYS Workbench软件平台对循环载荷下的应力应变及形变量分布状态、疲劳寿命等进行了有限元分析。获得结果如下:(1)反拱形爆破片在疲劳试验过程中形状尺寸发生了明显的变化,当循环周次为18000次时,拱高降低了约0.3mm,验证了塑性变形的存在;(2)疲劳试验发生塑性变形后,孪晶数量明显增多,部分晶粒被拉长后碎化,形成细晶强化,提高爆破片的强度和硬度;(3)疲劳试验后,奥氏体基体晶粒未发生马氏体转变,说明爆破性能的改变与马氏体相变无关;(4)疲劳试验后,由于塑性变形,材料内部位错在运动时发生缠结等阻碍了位错进一步运动,发生了加工硬化,影响了抗拉强度,因此提高了爆破压力;(5)通过有限元分析,得出在加载过程中爆破片的应力集中区域,拱高、V槽夹角、V槽深度、过渡圆弧半径对爆破片疲劳寿命的影响。本文进行的研究工作具有重要的工程实用价值,为讨论特定厚径比的反拱形爆破片在疲劳试验后能否保证稳定的爆破性能提供了重要的理论依据,对于确保该批次爆破片的安全使用具有重要意义。