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30CrMo钢大直径厚壁压力气瓶淬火过程数值模拟

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钢铁 2015年第2期50卷 61-69页

作者：王葛王莉莉高静娜朱国善杜雄飞李强燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室河北秦皇岛066004

采用有限元数值模拟技术,建立了30Cr Mo钢大直径厚壁压力气瓶在淬火过程中内部温度场、组织相变场和应力应变场相互耦合的数学模型,给出了气瓶在槽内浸水与内表面径向间歇喷雾外表面连续喷水2种淬火工艺下的温度、组织及应力的分布与演... 详细信息

采用有限元数值模拟技术,建立了30Cr Mo钢大直径厚壁压力气瓶在淬火过程中内部温度场、组织相变场和应力应变场相互耦合的数学模型,给出了气瓶在槽内浸水与内表面径向间歇喷雾外表面连续喷水2种淬火工艺下的温度、组织及应力的分布与演化规律。数值模拟研究结果表明,在槽内浸水淬火冷却过程中,气瓶瓶体内外表面温度差异较大,存在较大温度梯度,气瓶在淬火过程中的应力峰值较大,容易引起气瓶发生较大变形,且瓶体不能完全淬透,马氏体转变量较少;气瓶内表面径向间歇喷雾外表面连续喷水淬火工艺可使气瓶的内外表面冷却强度更加合理,进而降低其内外表面的温度梯度,减小其淬火应力峰值,消除其淬火变形,改善其组织分布,从而保证瓶体组织和硬度的均匀性。

关键词：数值模拟淬火 30CrMo钢压力气瓶

大直径厚壁压力气瓶30CrMo钢最终热处理工艺数值模拟与实验

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材料热处理学报 2016年第3期37卷 210-215页

作者：王葛杜雄飞高静娜崔明倜李强燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心河北秦皇岛066004

为了提高大直径厚壁压力气瓶30Cr Mo钢的综合力学性能,对其最终热处理过程设计了3种内外表面同步间歇喷雾淬火工艺,即淬火-回火(Q-T)工艺、淬火-碳分配(Q-P)工艺和淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺。并利用数值模拟、物理模拟和相关实验对... 详细信息

为了提高大直径厚壁压力气瓶30Cr Mo钢的综合力学性能,对其最终热处理过程设计了3种内外表面同步间歇喷雾淬火工艺,即淬火-回火(Q-T)工艺、淬火-碳分配(Q-P)工艺和淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工艺。并利用数值模拟、物理模拟和相关实验对大直径厚壁压力气瓶的3种最终热处理工艺进行研究,分别给出了气瓶在传统Q-T工艺与新型Q-P(-T)工艺下其内部特征节点的温度、组织及应力的演化规律。研究结果表明,经Q-P-T工艺处理后的大直径厚壁压力气瓶不仅可以降低其瓶身的内外温差和残余应力,而且可以显著改善其内部组织均匀性,提高其残留奥氏体含量,从而改善其瓶身塑性与韧性,提高其综合力学性能。

关键词：压力气瓶热处理 Q-P工艺 Q-P(-T)工艺

压力气瓶管理系统中基于ARM的电子货架研究

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压力气瓶管理系统中基于ARM的电子货架研究

作者：赵天齐电子科技大学

学位级别：硕士

压力气瓶灌装后气体复杂并具有很大的危险性,一旦发生事故,常会引起燃烧、剧烈爆炸或有毒气体大量泄漏,可能造成严重的人员伤亡和财产损失。近年来,气瓶爆炸事故时有发生。鉴于行业标准尚未建立,许多企业并没有对气瓶进行有效管理,存在... 详细信息

压力气瓶灌装后气体复杂并具有很大的危险性,一旦发生事故,常会引起燃烧、剧烈爆炸或有毒气体大量泄漏,可能造成严重的人员伤亡和财产损失。近年来,气瓶爆炸事故时有发生。鉴于行业标准尚未建立,许多企业并没有对气瓶进行有效管理,存在报废气瓶流向社会继续使用,同一气瓶混充气体的安全隐患。本文以提高对流通的压力气瓶在仓储和运输过程中的有效监管,研究设计了电子货架控制终端。论文主要完成了如下工作:(1)根据国内外关于压力气瓶管理现状,提出本文基于ARM的压力气瓶电子货架系统控制终端的总体设计方案,确定控制终端的整体架构,并完成系统硬件系统与软件平台的搭建。其中硬件系统主要是ARM处理器的选型及其应用到的外围接口电路设计,软件平台的搭建包括搭建交叉编译环境,结合硬件信息对U-boot移植、Linux内核配置和根文件系统的制作以及Qt/Embeded开发环境的搭建。(2)完成电子货架系统控制终端数据通信的设计与实现。主要包括对气瓶信息和传感器数据的读取、处理、传输等工作。其中通过逆向分析扫码设备的通讯协议,结合传感器的传输协议编写相应的打包、解包程序。由于分别使用到了RS-232串口与RS-485串口并需要通过网络将终端的数据传输给计算机服务器端,在设计上采用了Linux操作系统的多线程来进行处理。(3)完成电子货架系统控制终端的设计与实现。主要包括嵌入式数据库SQLite的设计,和基于Qt应用程序的控制终端人机交互界面与服务器端界面的设计与实现。最后对终端进行功能性和鲁棒性测试,测试结果表明,本系统可以保证稳定运行并对异常状态进行有效处理。

关键词：压力气瓶 ARM处理器传感器技术电子货架

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六自由度压力气瓶搬运机械手臂的设计与分析

机械设计与制造 2019年第7期 234-236页

作者：田会方陈培刘丽君余江江武汉理工大学机电工程学院

为了实现压力气瓶在缠绕生产线上的搬运自动化,提高压力气瓶的生产效率和产品质量,减少人力劳动,设计了一种用于在各工位间搬运多个压力气瓶的六自由度机械手臂。根据缠绕生产线现场工况和气瓶尺寸形状,对机械手臂和末端执行器进行了结... 详细信息

为了实现压力气瓶在缠绕生产线上的搬运自动化,提高压力气瓶的生产效率和产品质量,减少人力劳动,设计了一种用于在各工位间搬运多个压力气瓶的六自由度机械手臂。根据缠绕生产线现场工况和气瓶尺寸形状,对机械手臂和末端执行器进行了结构设计,使其所占空间小,并能灵活的夹取和可靠的搬运多个压力气瓶;根据缠绕生产线的生产过程规划机械手臂末端的运动路径并在Adams中进行仿真分析,验证其是否满足生产线需求,并为各关节电机的选型和控制提供参考。

关键词：压力气瓶搬运机械手臂结构设计运动仿真

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高校实验室压力气瓶风险评估体系探究

实验室研究与探索 2018年第4期37卷 304-307页

作者：高玉坤王树祎张英华黄志安沈栩杰唐韬北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学矿山避险技术研究中心北京100083

压力气瓶是高校实验室常用的储气设备,由于其带有危险性因而也是实验室应严加管控的危险源。分析了实验室气瓶发生倾倒、泄漏和爆炸3类事故的致灾因子,并综合考虑事故的可能性以及后果的严重程度,用风险矩阵法建立了高校实验室压力气瓶... 详细信息

压力气瓶是高校实验室常用的储气设备,由于其带有危险性因而也是实验室应严加管控的危险源。分析了实验室气瓶发生倾倒、泄漏和爆炸3类事故的致灾因子,并综合考虑事故的可能性以及后果的严重程度,用风险矩阵法建立了高校实验室压力气瓶风险评估体系。其中,事故概率由以往高校实验室发生3类气瓶事故的统计数据得出,事故严重程度通过对实验室具体情形的判定得出。二者均划分为5个等级,结合起来建立风险矩阵,并由此得出气瓶的风险等级。然后结合北京科技大学土木与资源工程学院某实验室的实际情况,利用这一体系对实验室中的气瓶进行了风险评估,得出该实验室气瓶发生3种事故的风险等级,并针对评价结果依据致灾因子提出了相应的改进措施。

关键词：实验室压力气瓶风险评估致灾因子

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大直径厚壁压力气瓶淬火过程数值模拟

大直径厚壁压力气瓶淬火过程数值模拟

作者：王莉莉燕山大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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关键性作用。数值模拟技术可以准确逼真的模拟淬火工艺生产，预测淬火冷却质量，为大直径厚壁压力气瓶的淬火工艺制定与生产工艺优化提供了一种有效研究方法。首先，本文通过实验测量了30CrMo钢的高温力学性能，并利用差示扫描量热法和排水法，测量了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淬火冷却过程中温度-组织-应力三者间的耦合关系，及变物性参数、相变潜热、相变塑性等因素对淬火生产过程的影响，建立了大直径厚壁压力气瓶淬火生产过程的数学模型。并利用CAD和CAE软件建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，结合实际淬火生产工艺特点，对大直径厚壁压力气瓶的槽内两种淬火工艺进行了模拟计算，分析了槽内淬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，针对气瓶瓶体截面温度梯度大、残余应力过大、马氏体转变量过低及内表面硬度分布不均等问题，提出了大直径厚壁压力气瓶槽外台架淬火工艺方案，即“内表面间歇径向喷雾外表面连续喷水”的淬火冷却工艺，并对该冷却工艺下气瓶的温度、组织和应力演变情况进行了模拟分析。模拟分析结果表明，根据淬火过程中瓶体组织及温度变化情况安排的内表面间歇喷雾工艺，可以很好的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，同时径向喷雾使得内表面组织转变同步，内外硬度更趋于均匀。最后，通过模拟与实验的组织对比，验证了有限元分析模型的有效性。

关键词：压力气瓶淬火数值模拟 30CrMo钢

大直径厚壁压力气瓶热处理过程数值模拟与实验研究

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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：杜雄飞燕山大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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30Cr Mo钢的高温力学性能以及30Cr Mo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

大直径厚壁压力气瓶淬火冷却过程流场与温度场模拟

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大直径厚壁压力气瓶淬火冷却过程流场与温度场模拟

作者：朱国善燕山大学

学位级别：硕士

随着我国加气站网络逐步形成，对加气站设备的需求量急剧增加。大直径厚壁压力气瓶是加气站储存天然气的重要设备。由于压力气瓶用铬钼钢制成，并且壁厚较厚而淬透性差，因此如何保证压力气瓶瓶体的淬透性和淬火的均匀性，保证淬火后组... 详细信息

随着我国加气站网络逐步形成，对加气站设备的需求量急剧增加。大直径厚壁压力气瓶是加气站储存天然气的重要设备。由于压力气瓶用铬钼钢制成，并且壁厚较厚而淬透性差，因此如何保证压力气瓶瓶体的淬透性和淬火的均匀性，保证淬火后组织为回火索氏体且产品的综合性能达到设计要求是气瓶制造的关键。在淬火冷却过程中，由于受到淬火介质的冷却能力，工件的形状和大小或淬火设备等因素的影响，导致工件内部的温度分布不均匀，进而造成组织转变不均匀，致使其内部存在不均匀的组织应力和热应力，以至于会在工件内部产生缺陷或形成畸变。应用CFD软件对淬火冷却过程中介质的流场和工件的温度场进行耦合模拟，能够直观的反映出流场和温度场的分布以及相关各参数对淬火均匀性的影响，可以为淬火设备的结构设计和参数优化提供重要依据。本文借助计算流体动力学软件Fluent对大直径厚壁压力气瓶淬火冷却过程中的流场和温度场进行了耦合模拟。分析了大直径厚壁压力气瓶在喷水淬火冷却过程中，冷却水冲击到气瓶壁面时的流动特性和冲击沸腾现象。并根据现有理论推导了在沸腾换热过程中的传热和传质的计算公式，编写了UDF程序。为了节约计算资源，提高计算速度，本文设计了正交试验的模拟方案。本文分析了喷孔直径、轴向间距、周向排布和喷孔的出口速度这四个因素对气瓶内表面的淬火均匀性和气瓶内部压强的影响，判断了这四个因素对试验指标影响的主次顺序，得出圆周方向喷管的排布对淬火均匀性的影响最为显著。并确定了四各因素的最优组合。以优水平组合建立模型，对冷却过程中气瓶内表面的换热特性，流动特性和压力特性等做了分析。得出气瓶内表面换热系数的峰值出现在每股射流的驻点附近，并以驻点为圆心向四周缓慢递减，整体上而言换热系数是从瓶口到内部逐渐降低的。

关键词：压力气瓶淬火冷却流场温度场射流沸腾

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高校实验室气瓶安全检查表的设计与应用研究

教育教学论坛 2018年第4期 267-269页

作者：高玉坤王树祎张延凯孙金海欧盛南北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 北京科技大学矿山避险技术研究中心北京100083

压力气瓶是高校实验室中常用的储气设备,具有极高的危险性,而实验室往往对之疏于管理。分析了高校实验室安全管理的实际需求,结合安全标准化的要素以及气瓶采购、搬运、贮存、充装、使用等环节的相关规定,制定了针对高校实验室气瓶的安... 详细信息

压力气瓶是高校实验室中常用的储气设备,具有极高的危险性,而实验室往往对之疏于管理。分析了高校实验室安全管理的实际需求,结合安全标准化的要素以及气瓶采购、搬运、贮存、充装、使用等环节的相关规定,制定了针对高校实验室气瓶的安全检查评分表。根据量化的评分结果对气瓶管理状况进行分级评定,并分析出存在的主要问题和隐患,为改进安全管理现状指明了方向。

关键词：实验室压力气瓶安全检查表