电站锅炉弯管成形质量分析及模具改进研究

论文摘要

弯管技术广泛应用于锅炉及压力容器制造业、汽车工业、航空航天工业、船舶制造业等多种领域,占有十分重要的地位。但由于弯管工艺非常复杂,单纯采用理论解析方法难以准确可靠地解决实际生产问题;运用简化力学模型得到的经验公式往往与实际结果有较大的出入;采用试验手段又会造成时间和人力物力上的很大消耗。本文运用MSC.MARC有限元软件对某锅炉厂有限责任公司的冷弯管加工过程进行计算机数值模拟,建立一套完整的有限元弯管模拟系统,试验表明该系统能够准确预测包括椭圆度、减薄率、回弹量在内的弯管质量参数和设备驱动力,根据分析对现有的大型冷弯管模具进行了改进,并设计出一套具有实用价值的组合可调节式小型弯管模具。主要内容如下:1.通过对管件弯曲的受力状态分析,建立了相应的有限元模型,推导了应力应变场与能量公式;利用MSC.MARC软件对弯管系统进行了三维有限元非线形模拟分析,为弯管成形质量分析奠定了一定的基础。2.采用计算机数值模拟(有限元分析)、理论分析与试验结合的方法,对影响弯管质量的椭圆度、减薄率、回弹量等成形质量因素进行了研究,从仿真角度研究电站锅炉弯管生产工艺过程,预测该工艺的变形,以解决传统弯管工艺成形时弯管凸边管壁受拉减薄、凹边管壁受压增厚而造成的弯管壁厚不均匀现象及模具易损坏等问题。3.通过对成形质量的分析,对大型弯管机的滑槽进行了移动式改进,来解决一些厚壁管件无法弯制的问题;对小型弯管机设计了组合可调式模具,可充分解决小管径管材弯曲模具浪费问题。本文建立的弯管模拟系统对弯管加工流程进行有限元数值模拟,对弯管椭圆度、减薄率、回弹量等质量参数和设备驱动力以及弯管质量影响因素进行了研究。经过试验验证,本文所建立的有限元模拟系统远远优于传统的经验公式方法和试制法,已经在企业的实际应用中取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 弯管技术简介
• 1.3 国内外发展现状
• 1.3.1 有限元在塑性成型中的应用
• 1.3.2 弯管成形的研究现状
• 1.4 课题来源与研究意义、目的和内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 主要研究意义
• 1.4.3 主要研究目的
• 1.4.4 主要研究内容
• 第2章 弯管有限元建模
• 2.1 前言
• 2.1.1 CAE 技术
• 2.1.2 MSC.MARC 软件简介
• 2.1.3 有限元单元法的基本步骤
• 2.2 弯管有限元力学模型建立
• 2.2.1 冷弯管基本力学模型的建立
• 2.2.2 坐标系和基本假设
• 2.3 弯件弯制过程模拟建模
• 2.3.1 前处理建模
• 2.3.2 有限元网格的生成（MESH GENERATION）
• 2.3.3 边界条件的定义（BOUNDARY CONDITIONS）
• 2.3.4 初始温度的定义（INITIAL TEMPERATURE）
• 2.3.5 材料特性的定义（MATERIAL PROPERTIES）
• 2.3.6 接触条件的定义（CONTACT）
• 2.3.7 载荷工况（LOADCASE）的定义
• 2.3.8 作业参数的定义并提交运行（JOBS）
• 2.4 后处理结果提取
• 2.5 本章小结
• 第3章 仿真结果分析及实验验证
• 3.1 大型弯管模型试验验证
• 3.1.1 模具受力验证分析
• 3.1.2 弯管质量验证分析
• 3.1.3 设备力和成形质量的影响分析
• 3.2 小型弯管模型试验验证
• 3.3 本章小结
• 第4章 模具滑槽的改进及组合弯管模的设计
• 4.1 大型弯管模具滑槽的改进
• 4.2 模具改进后的试验验证
• 4.3 组合弯管模设计
• 4.3.1 组合弯管模简介
• 4.3.2 组件介绍
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢