核動力工程：單曲率多面殼體極板尺寸對脹形過程的影響
2022-09-22【作 者】董建令;殷德健;張曉航
【引 言】
球型容器具有承載能力高 、省料的特 點 。 因此在核動力 、航 天 、海 洋工 程 、石 油 化 工 和 冶金 建 筑 行 業(yè) 得 到 了廣 泛 的應 用 I。傳統(tǒng) 的 球 型容器加工工藝采用壓力機上模具 壓型制造雙 曲率的球瓣 ，或采用滾壓機使板坯通過輥子形 成 的空 腔 成形 為球 瓣 ，然后 組 裝 焊接 雙 曲率 球 瓣 得 到 球 型容 器 ，這 需 要 大 型模 具 和 壓力 機 。 由于一套模具僅 能用于一種規(guī)格球型容器的建 造 ，于 是 ，模 具 適 用 于 少 品 種 、大 批 量 生 產(chǎn) 的 特點與球型容器多 品種 、單 臺小批量生產(chǎn)的特 性形 成 了很大 的矛 盾 ，從 而 導 致球 型 容 器 的 制 造周期長 、成本極 高。單曲率多面殼體液壓脹 球工藝 的出現(xiàn)使無模脹球方法進入 了工業(yè)實用 階段 I2l。不 過 脹 球 工 藝 也 需 要 對 成 形 后 的 減 薄 率 、不 圓度以及安 全性在加工前進行評定 。而 且這 些 參 數(shù) 也不 能 通 過 實 驗 來 獲得 。因 此 對 這 樣的過程進行數(shù)值模擬就顯得有很大的必要性。
大 型 有 限 元 程 序 是 重 要 的 CAD／CAE 工 具 ，在 產(chǎn) 品設(shè) 計 和 制 造 過 程 中發(fā)揮 著 越 來 越 顯 著的作用。它不僅可 以減少設(shè) 計時 間，而且可以大 大 地 降 低 實驗 費用 。在單 曲 率 多面 殼 體液 壓脹 球 成 型 工藝 中 ，希 望 通 過有 限 元數(shù) 值 模擬 提 供 更 多 的 信 息 來 得 到 脹 形 過 程 中 的 危 險 區(qū) 域 ，并 以此 為 依 據(jù) 來 優(yōu) 化 脹 球 工 藝 。 在 本 文 中 ，使 用 MSC／MARC模 擬 了不 同極 板 面積的模 型在 假 想 沒 有 裂紋 缺 陷情 況 下 的脹 形 過 程 ，并 得 到 最 終 卸 載后 的 結(jié) 果 ，將 這 些 結(jié) 果 進 行 比 較 ，從而 提 出優(yōu)化 的方 案 。
【結(jié) 論】
從 以上 的 分析 可 以看 出 ：小 尺 寸極 板 模 型 在 成 形 后 其 不 圓 度 要 明 顯優(yōu) 于 大 尺 寸極 板 模 型 ；小 尺寸 極 板模 型 在成 形 后 其 減薄 率 要 小 于 大尺 寸極板 模型 。 從 最 大 應 力應 變 的分 布 規(guī) 律 看 ，不 同模 型 的 危 險 區(qū)域 大 致相 同 ，主要 包 括 ：靠 近 赤 道 的 經(jīng) 向焊縫 、T型焊 縫 附近 區(qū)域 、緯 向焊 縫 中間區(qū) 域 以 及 極點 附 近 區(qū) 域 ，在 脹 形 過 程 中這 些 區(qū)域 需要認 真觀 察 。 因為得 到 的 危 險 區(qū)域 大 多都 分 布 在 焊接 缺 陷 容 易 發(fā)生 的區(qū) 域 ，而這 些 區(qū)域 焊 接 缺 陷 發(fā)生 可能 性 也是 最 大 的 ，因 此 有 必要 對 具 有 假 想焊 接 裂 紋 缺 陷 的模 型 進 行 斷 裂 分析 ，進 一 步 考察 其 安全性 。 本 文 中模 擬 的都 是 小 尺 寸球 罐 的 脹 形 ，原 始 模 型 可 簡 單地 通 過三 部分 (兩 個極 板 和單 曲 率多 面殼 體帶 )成 功 焊接 而成 ，而 實 際 中使用 的球罐 往 往都 超 過這 樣 的尺 寸 ，僅 僅 通過 三 部 分 焊接 有 一 定 的 難度 ， 而且 如 果 單 曲率多 面 殼 體 尺寸 過 大 ，脹 形工 藝 的優(yōu) 越 性 就 得 不到 很 好 的 體現(xiàn)。這 樣 ，小 尺寸 極板 模 型 就 有 很多 不利 的 因 素。因此 在 具體 球 罐加 工 中 ，需 要對 極 板 尺 寸進行 比較 臺理 的權(quán)衡 。
以下是正文：
