大口径高钢级管件成形工艺数值模拟及实验研究

论文摘要

目前,在我国石油、天然气长输管道的建设中,采用大口径、高钢级管件产品已成为管道工程高压化发展的一个重要趋势,本课题就是针对我国重点工程—西气东输二期管线建设中的大口径高钢级管件成形工艺进行有限元数值模拟与实验研究。本文研究对象为X80钢级φ508mm和φ1219mm的等径三通产品,采用DEFORM-3D三维有限元数值模拟软件,对等径三通的成形规律进行了系统的研究,主要研究工作如下:1、通过实验测定了X80管线钢在不同温度和应变速率下的流动应力应变关系,为数值模拟中材料模型的建立提供了必要的数据。2、对φ508等径三通的成形过程进行有限元模拟分析。研究了不同工艺参数及模具参数条件下管件的成形规律,根据数值模拟分析的结果,获取了合理的成形工艺方案及参数。3、对φ508等径三通的成形工艺进行了实验验证,通过实验研究了管件成形规律,并与数值模拟结果进行了对比分析。分析表明:数值模拟结果与实验结果是一致的。4、通过对φ1219等径三通产品进行有限元模拟分析,总结出一条适合大口径高钢级管件产品生产的工艺路线及方案。通过本文的研究缩短了项目开发周期,节省了模具开发费用,降低了研发成本,其研究结果对于其它系列的管件成形也具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及来源
• 1.1.1 我国油气管道的发展趋势
• 1.1.2 油气管道采用高钢级产品的重要因素
• 1.1.3 油气管道的发展对管件技术的需求
• 1.1.4 本课题的来源
• 1.2 国内外技术现状分析
• 1.2.1 国内外管线钢技术现状
• 1.2.2 国内外管件成形技术现状
• 1.3 课题研究目标和意义
• 1.4 课题主要研究内容
• 1.5 课题的技术路线
• 第二章 有限元仿真理论基础及数值模拟软件介绍
• 2.1 引言
• 2.2 刚塑性/刚粘塑性有限元基本原理
• 2.2.1 金属塑性变形过程的力学基础
• 2.2.2 刚塑性/刚粘塑性有限元的变分原理
• 2.3.3 刚塑性/刚粘塑性有限元矩阵方程组
• 2.3 DEFORM-3D使用方法简介
• 2.4 有限元模拟的意义
• 本章小结
• 第三章 Φ508等径三通成形工艺数值模拟及结果分析
• 3.1 引言
• 3.2 数值模拟系统的建立
• 3.2.1 材料模型
• 3.2.2 摩擦模型
• 3.2.3 几何模型
• 3.2.4 其他参数
• 3.2.5 模拟方案
• 3.3 Φ508等径三通数值模拟分析
• 3.3.1 研究对象分析
• 3.3.2 成形工艺方案的确定
• 3.3.3 成形工艺参数的优化
• 3.3.3.1 坯料尺寸的确定
• 3.3.3.2 压扁工序参数优化
• 3.3.3.3 压包工序参数优化
• 3.3.3.4 拉拔工序参数优化
• 本章小结
• 第四章 Φ508等径三通成形工艺实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验目的和实验条件
• 4.2.1 实验目的
• 4.2.2 实验条件
• 4.3 实验模具
• 4.4 实验过程
• 4.4.1 第一道工序:压扁工序
• 4.4.1.1 压扁量对后续压包的影响
• 4.4.1.2 压扁工艺参数的确定
• 4.4.2 第二道工序:压包工序
• 4.4.2.1 首次压包工序
• 4.4.2.2 二次压包工序
• 4.4.2.3 Φ508等径三通压扁与压包成形工艺参数小结
• 4.4.3 第三道工序:支管开口的切割
• 4.4.4 第四道工序:支管拉拔工序
• 4.5 实验结果和模拟结果对比分析
• 4.5.1 压扁工序的对比分析
• 4.5.2 首次压包工序的对比分析
• 4.5.3 二次压包工序的对比分析
• 4.5.4 拉拔工序的对比分析
• 本章小结
• 第五章 Φ1219等径三通成形工艺数值模拟及结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 研究对象分析
• 5.3 Φ1219等径三通成形工艺模拟
• 5.3.1 坯料尺寸的确定
• 5.3.2 压扁工序数值模拟分析
• 5.3.3 压包工序数值模拟分析
• 5.3.4 拉拔工序数值模拟分析
• 5.4 Φ1219等径三通成形工艺参数的确定
• 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢