论在自动式轧管机组上轧制钢管的壁厚不均匀性

钢管的壁厚不均匀值是钢管生产中的重要质量指标之一。 在轧制中所出现的无缝钢管的壁厚不均匀性,使降低钢管的壁厚公差造成困难,因而使大量金属流于浪费,加重了机器制造工业的金属车削负担。尤其是作为冷轧、冷拔钢管坯料的热轧无缝钢管,它们的壁厚不均匀值更具有重大的影响。这是因为在钢管冷轧冷拔的过程中,原始的壁厚不均匀性很难加以全部除去。相反的,在冷轧冷拔钢管生产中由于管壁减薄甚多,因此在某些情况下在成品钢管中壁厚不均匀的相对值反而有所增高。这就对于特薄钢管的轧制,以及对于要求有高度精确性的特种钢管的轧制造成极大困难。     

厚壁管张力减径过程数值模拟

通过对影响厚壁管张力减径工艺参数的研究,用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对厚壁管张力减径过程进行热力耦合数值模拟,分析了张力减径时钢管的应力与应变分布、温度分布、壁厚分布以及轧制力分布情况,为钢管张力减径工艺的优化提供了依据。     

三辊微张力减径过程金属变形行为模拟与分析

采用ANSYS有限元分析软件，对无缝钢管三辊张力定径过程的金属变形行为进行模拟，较直观适时地反映该过程的金属变形状态，详细讨论该过程由咬入到稳定轧制的金属流动变化状态及方式。分析得到的应力应变分布结果能够较好地解释钢管定减径过程中出现的壁厚不均等现象，模拟结果与实际生产中钢管变形行为状态基本一致。     

石油膨胀套管的力学性能及膨胀后的残余应力

针对选用的X52石油膨胀套管,通过不同的热处理工艺进一步改善其膨胀性能,研究了膨胀加工前后材料性能的变化规律.对于经扩径膨胀率达20%的管材,使用应力释放法测量了膨胀前后内外壁及焊缝熔合区、热影响区的轴向和环向残余应力.结果表明:经扩径膨胀后,管外壁的轴向和环向残余应力均为残余压应力,焊缝熔合区和热影响区的残余应力由拉应力向压应力转化,其中轴向残余应力变化幅度较大;管内壁膨胀后轴向与环向的残余应力均为残余拉应力.另外,对于不同膨胀率下力学性能与残余应力之间的关系中呈现的异常现象也进行了分析.     

扩散应力对圆筒结构中渗C的影响

运用数值方法模拟C浓度和扩散应力沿壁厚方向随扩散时间的演变规律,研究圆筒结构在平面应变情况下扩散应力对渗C的影响.结果表明:扩散应力增大了C的有效扩散系数,从而加速了质量传递的过程;当扩散时间一定时,C浓度和平均浓度随着圆筒外径与内径比值的增大而减小.圆筒中内表面渗C导致径向应力从内壁到外壁始终为压应力,周向和轴向应力在内壁附近为压应力,在外壁附近为拉应力.     

芯棒直径对楔横轧5Cr21Mn9Ni4 N空心气门壁厚均匀性的影响规律

楔横轧空心轴类件存在壁厚分布不均问题,特别是在小直径大长径比空心件楔横轧成形中更为突出.本文在Gleeble-1500D热模拟实验机上进行了5Cr21Mn9Ni4N耐热钢的热压缩实验,得到了5Cr21Mn9Ni4N的热变形本构方程.通过改变芯棒直径,采用有限元仿真和实验相结合的方法,研究了楔横轧轧制空心气门过程中的壁厚变化规律.研究结果表明,带芯棒轧制时,芯棒直径存在临界值,在该值下进行轧制,空心气门预制坯壁厚均匀性最优;楔横轧空心件时,金属轴向均匀流动是壁厚均匀的必要条件;轧件轴向拉应变减小,径向压应变变大,周向应变在0附近且为拉应变时,壁厚较为均匀.     

焊接空心球节点钢管焊趾处应力集中试验研究与有限元分析

采用试验和有限元的方法研究了焊接空心球连接节点中钢管焊趾处的应力集中特性。研究表明:焊接空心球连接节点的钢管焊趾处的垂直焊缝应力、环向应力和径向应力均为拉应力,其中垂直应力最大,环向应力约为垂直应力的1/2,径向应力最小。钢管焊趾处的热点应力随空心球外径和钢管壁厚的增大而增大,随空心球壁厚、钢管外径和焊脚尺寸的增大而减小。建立焊接空心球节点钢管焊趾处的热点应力集中系数求解公式,为建立以热点应力幅为参量的焊接空心球节点钢管焊趾处的疲劳设计方法奠定基础。     

基于ANSYS/LS-DYNA的V150油套管热矫直残余应力

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立V150油套管热矫直的三维有限元模型,研究矫直后环向和轴向残余应力的分布规律,并利用X线衍射法测最了矫直管内表面环向残余应力.结果表明:环向和轴向残余应力呈螺旋状分布,螺旋接触带与管体轴向成58°的夹角,与矫直辊倾角互余,相邻的2个螺旋接触带之间的距离约为350 mm,基本等于矫直管的螺距(349 mm);环向残余应力具有外拉内压规律,轴向残余应力外表面以拉应力为主,内表面拉压应力并存,压应力极大值出现在壁厚中部;矫直管内表面环向残余应力的实测值为-189～-489MPa,模拟数值为-130～-480MPa,两者吻合良好,表明建立的矫直模型是可靠的.     

形状记忆合金管道接头连接性能研究

目的研究在轴向荷载作用下形状记忆合金(SMA)管道接头的连接性能,为SMA管道连接件的设计提供依据.方法对SMA管道接头连接性能进行轴向拉伸试验,基于AURICCHIO提出SMA本构方程,采用ABAQUS有限元软件对SMA管道接头连接性能进行数值模拟研究.结果在SMA管道连接件两端与被连接钢管相接触的部位,发生应力集中现象.随着过盈量的增加或者管道连接件壁厚的增加,SMA管道连接件与被连接钢管之间的径向应力、管道接头的极限轴向拉伸荷载均随之增大.结论在SMA管道连接件的实际设计过程中,建议管道连接件与钢管的设计壁厚相等,过盈量控制在0.055 mm以内,并通过增加管道连接件轴向长度的方式来提高SMA管道接头的轴向拉伸强度.     

分数黏弹性可压缩油气井管杆准静态响应分析

将水平油气井管杆简化为受弹性约束的黏弹性圆柱管模型,采用分数阶黏弹性理论描述管杆的本构关系,并结合弹性力学理论,建立了可压缩黏弹性管杆平衡方程,求解得到了可压缩管杆体的黏弹性应力位移解析解.数值算例的分析结果表明:分数阶导数数值越大,所对应的管杆内壁处的初始应力越大,圆柱管内壁处的径向和环向应力值越大,所对应的竖向应力的上升段越大,管杆的竖向应力稳定值越大;外围套管泊松比越大,径向位移值越小,所对应的径向应力值越小,泊松比的大小对环向应力的影响并不明显,会对径向应力产生显著影响;套管的弹性模量对径向位移的影响较小;模型常数比越大,所对应的径向和环向应力值越大;外围套管的厚度对柱管内壁处的环向应力的影响很小,厚度越大,内壁所受的径向应力越大,竖向应力值会减小.     

双相不锈钢管道焊接残余应力参数的数值模拟

焊接残余应力一直为人们所关注，其大小和分布与焊接热源、接头形式和材料性能等多种因素有关，作者利用热弹塑性理论为基础的有限元数值模拟技术，对SAF2205双相不锈铜管道接头环焊缝残余应力进行有限元数值模拟，得到了管道内外表面残余应力的分布规律，即，在管道的焊缝及近缝区，内表面轴向残余应力是拉伸应力，外表面轴向残余应力是压缩应力，而内外表面环向残余应力都是拉应力；研究了不同的焊接线能量、管内径与壁厚比值R1／d和多层焊对焊接残余应力的影响，结果表明，残余应力受焊接能量变化的影响不大，外表面残余应力和内表面轴向残余应力部随着壁厚增大而增大，多层焊的残余应力有不同程度降低。     

水箱拉丝机拉丝过程的有限元模拟仿真分析

以初始钢丝生产线为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件对水箱拉丝机第一道次拉拔过程进行模拟仿真,研究在拉拔过程中拉拔模锥角、摩擦系数和压下量对拉拔力的影响,并对其轴向应力和径向位移分布特点进行分析。结果表明,随着模锥角的增大,拉拔力呈先减小后增大的趋势,当模锥角为8°时,拉拔力最小;随着摩擦系数、压下量的增大,拉拔力随之增大;在出口处钢丝的外层轴向应力达到最大,由外层向内层轴向应力逐渐减小,钢丝前端应力达到均匀,且钢丝的模拟径向直径小于理论直径。     

全浮动芯棒连轧管过程三维热力耦合有限元模拟

应用三维热力耦合弹塑性有限元模拟仿真及其接触分析技术,建立了全浮动芯棒连轧管过程有限元模型及其摩擦、传热和接触等重要边界条件.针对八机架椭圆-圆型孔系全浮动芯棒连轧管过程,实现了全三维热力耦合弹塑性有限元模拟仿真.获得了连轧管过程的应力场、应变场、温度场及轧制力学参数的变化特点.揭示了钢管连轧过程中浮动芯棒速度变化及荒管外径和壁厚分布变化的规律.     

管材壁厚对双直径圆管吸能元件成形与自由翻转的影响

利用ABAQUS 6.14软件模拟了在不同壁厚下,材料为20钢双直径圆管吸能元件的液压胀形、折叠和自由翻转的过程.并分析了不同壁厚下液压胀形与折叠后的壁厚分布,准静态压缩翻转变形模式以及准静态压缩时翻转力与翻转半径与推导公式之间的关系.结果表明：壁厚减薄程度与管材初始壁厚大小有关;20钢双直径圆管成形后发生轴向压缩时其自由翻转的模式多为内管外翻;推导的翻转力与翻转半径理论公式与实际测得翻转力与翻转半径的结果比较吻合.     

考虑施工过程影响的PCCP地震响应分析

为了研究地震作用下施工过程对预应力钢筒混凝土管(PCCP)的影响,建立考虑PCCP施工过程影响的非线性有限元模型,利用生死单元技术实现PCCP从地应力平衡到施加预应力钢丝预应力、铺设管道,再到回填回填土过程的有限元分析,以压实度作为衡量回填土施工质量的指标,基于黏弹性人工边界理论、等效节点力地震动输入法以及静-动力边界...     

楔横轧成形小断面收缩率轴类件热力耦合数值模拟

借助DEFORM-3D有限元软件针对小断面收缩率轴类件的楔横轧成形过程进行热力耦合数值模拟,分析轧件在成形过程中的温度变化规律;通过与常规断面收缩率轧件进行对比,得到小断面收缩率轧件的各向应力分布状态.模拟结果表明:小断面收缩率轧件与轧辊接触表面的温度变化较为剧烈,而轧件内部中心位置附近温度无显著变化;由于轧制位置的不同,轧件各横截面间的温度变化有所差异,曲线的波动存在着相位差.此外,小断面收缩率轧件在接触变形区周围的横向和径向压应力较大而轴向压应力较小,导致其横截面容易出现椭圆化;其中心附近区域由于受到比常规断面收缩率轧件更大横向和轴向拉应力影响,因而更易产生疏松、裂缝等缺陷.进行轧制试验,验证了模拟结果的可靠性.     

钢管轻集料混凝土黏结滑移试验研究

为探究钢管轻集料混凝土黏结滑移过程和机理,取钢管的长度和外径为变化参数,设计4个钢管轻集料混凝土柱。通过推出试验,得到试件位移-荷载曲线和相关特征点参数。从黏结破坏强度、黏结破坏位移和位移-荷载曲线等角度分析了长细比和紧箍系数对钢管轻集料混凝土黏结滑移影响和加载过程中钢管外壁的应力变化情况。试验结果表明:在荷载-位移曲线后滑移阶段,紧箍系数越大的试件,钢管与混凝土之间的摩擦力越大;相同长细比的情况下,紧箍系数大的试件,其黏结破坏强度大,黏结破坏强度对应的位移小;在相同紧箍系数的情况下,长细比大的试件,其相应黏结破坏强度对应的位移大;纵向应力随荷载变化正比变化;滑移过程中,钢管对混凝土有较大的环向应力。     

CFRP对称铺层环形法兰连接拉伸刚度计算方法

为计算碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)对称铺层环形法兰连接的拉伸刚度，基于圆板对称弯曲和经典层合板理论提出一种考虑环向支撑、材料各向异性和撬力作用系数的计算方法。在制备过程中，采用预浸料手工铺设和模压成型的方法成型试件，而后开展了3组不同法兰板厚度（2.2，3.0，3.8 mm）连接件轴向拉伸试验。通过对比理论计算值与试验结果，验证了计算方法的正确性，误差均不大于13.61%。通过理论模型分析影响因素，结果表明：拉伸刚度随法兰板厚度、外径和内径的增大而增大，随螺栓所在的半径变大而减小；改变螺栓位置对于拉伸刚度的提升比改变法兰板内外径更显著，当螺栓位置由90 mm调整至85 mm时，拉伸刚度提升59.54%。     

X80钢曲面对接焊缝残余应力尺寸效应

以试验测得的X80钢高温性能参数为基础建立了曲面对焊结构仿真模型,并进行了试验验证,研究了曲面外径、曲面壁厚和焊缝宽度等尺寸效应对曲面对接焊缝残余应力分布的影响规律。结果表明：曲面外径、曲面壁厚和焊缝宽度的变化均会对曲面对接焊缝残余应力的分布规律产生影响;随着曲面径向截面面积的增大,焊趾处径向残余拉应力逐渐增大,残余压应力峰值逐渐减小;曲面径向截面面积和焊缝宽度的增加,均会引起焊趾处残余拉应力峰值的增大并导致曲面对焊结构中焊接残余应力水平的升高,降低结构整体的耐腐蚀性能和疲劳性能;在选用曲面壁厚小于4 mm的曲面结构进行工程设计时,焊接残余应力分布对壁厚的变化十分敏感,极易导致结构内部残余拉应力的增大并产生应力集中区域。     

基于不同减薄量的纵向内筋薄壁筒反向滚珠旋压分析

采用反向滚珠旋压制造带有纵向内筋的薄壁筒形件.将刚塑性有限元与工艺实验相结合,被应用于分析在不同壁厚减薄量下带有纵向内筋薄壁筒形件反向滚珠旋压成形.有限元模拟结果和实验结果都表明内筋的高度随着壁厚减薄量的增加而增加,但在模拟结果与实验结果之间存在着大约10%的误差.有限元模拟的应变等值线图表明在筒壁变形区的径向应变和内筋变形区的切向应变有助于内筋的成形.轴向旋压力有限元预测结果表明较大的壁厚减薄量导致了轴向旋压力的增加,同时也导致了旋压件表面金属材料的非稳定流动.