论文摘要
直缝埋弧焊管是长距离输送石油、天然气的主要管线产品,钢管由厚钢板压制成形。扩径是直缝埋弧焊管生产过程的一个重要环节,一方面对焊管进行整形,提高焊管的直线度和圆度;另一方面是为了两根焊管连接的需要。因此,研究直缝埋弧焊管的扩径技术具有重要的意义。本文以X52直缝埋弧焊管为研究对象,开展对大直径厚壁埋弧焊管端口扩径过程的研究,首先结合静力平衡原理和主应力法,分析和推导了钢管端口扩径力的计算公式,这为选择设备提供了一定的依据;详细分析了管端机械扩径的变形过程,总结了机械扩径成形条件;通过对整圆、扩径阶段的分析,给出了卸载回弹变形量计算公式;采用有限元软件MSC.Marc对埋弧焊管端口扩径过程分别进行了二维和三维模拟,得到了变形过程中的应力、应变以及制品壁厚及径向尺寸的分布规律。研究表明,用多个扇形模具块对焊管端口进行机械扩径时,椭圆管坯的塑性变形具有显著的局部特性,且主要集中于悬空段。制品的断面轮廓和壁厚呈现不均匀的分布状态。在管坯横截面上,与模具边缘角相接触区域以及悬空区域的管坯,在扩径过程中,壁厚减薄较大,并存在凹陷现象,且随着扩径率的增大,有被拉直的趋势。而与模具工作表面相接触的管坯,其变形则较为均匀,材料壁厚减薄较小,达到扩径整形的目的。在纵截面上,根据变形区形态,可沿轴向将变形区分为端口变形区、过渡变形区和未变形区。未变形区的存在使得端口变形区在轴向受到拉应力限制作用,端口变形区的长度会小于模具扩径长度,因而在管线钢管的管端机械扩径时,必需保证最小扩径长度。本例的最小扩径长度为60 mm。管材端口通过机械扩径以后,内壁尺寸整体上都能达到对接要求,但由于悬空段管材的凹陷,端口局部区域的内径会减小,对接时会受到一定影响,产生错边,因此建议采用二次扩径整形的办法来解决。
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摘要ABSTRACT致谢第一章 绪论1.1 直缝埋弧焊管的应用与发展1.2 直缝埋弧焊管成形工艺1.3 扩径工艺介绍1.4 国内外焊管扩径技术的发展现状1.5 直缝埋弧焊管扩径技术存在的问题1.6 课题来源及研究内容1.6.1 课题来源1.6.2 课题研究内容第二章 弹塑性成形及模拟的基本理论2.1 弹塑性成形工艺特点2.2 弹塑性材料行为2.2.1 材料本构关系2.2.2 屈服准则2.3 弹塑性有限元法2.4 塑性成形数值模拟方法及分析的一般步骤2.5 模拟软件介绍[51,52]2.5.1 MSC.Marc 简介2.5.2 MSC.Marc 非线性方程组的求解方法2.5.3 MSC.Marc 非线性迭代的收敛判据2.5.4 利用MSC.Mentat 进行弹塑性分析第三章 直缝焊管管端机械扩径的力学分析3.1 钢管管端扩径受力分析3.1.1 扩径力的推导3.1.2 管坯内壁受到的正压力p 的求解3.1.2.1 弹性变形分析3.1.2.2 弹塑性变形分析3.1.2.3 全塑性状态3.2 钢管端口机械扩径成形条件3.2.1 应力分析3.2.2 管端机械扩径成形极限分析3.2.3 卸载回弹3.3 本章小结第四章 管端扩径二维有限元模拟及分析4.1 钢管端口扩径平面应变模型4.1.1 模型建立4.1.2 平面应变模拟结果分析4.2 轴对称模型4.2.1 模型建立4.2.2 轴对称模拟结果分析4.3 本章小结第五章 直缝埋弧焊管端口扩径变形三维有限元模拟5.1 工艺分析5.2 有限元模拟及分析5.2.1 三维有限元模型5.2.2 三维有限元模拟结果分析5.3 本章小结第六章 结论与展望6.1 结论6.2 展望参考文献攻读硕士学位期间发表的论文参加的科研项目
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