基于Abaqus二次开发的天然气管道在役焊接热力耦合模拟

目的 研究直径、压力对天然气管道在役焊接温度场和径向变形的影响规律,并提高变参数分析的建模效率,减少大量重复操作。方法 以Abaqus软件为平台,利用Abaqus GUI Toolkit软件开发参数输入界面,利用Python语言编辑主程序,开发用于天然气管道在役焊接热力耦合有限元模拟的参数化插件,实现几何模型建立、材料与截面属性设置、网格划分、分析步建立、焊缝单元生死控制、边界条件施加的快速自动完成。利用所开发的参数化插件,对不同直径、压力条件下管道在役焊接的热力耦合场进行分析。结果 随着压力增加、管道直径减小,熔池及其正下方管道内壁的温度峰值逐渐降低。在管道在役焊接过程中,径向变形是主导、周向变形次之、轴向变形最小。随着管道直径的增加,压力对熔池正下方管道内壁径向变形的影响愈加显著,并且两者呈正相关。结论 所开发的参数化插件可用于管道在役焊接热力耦合分析,显著减少了变参数模拟的工作量,提高了建模效率。研究成果可为管道在役焊接模型的建立和工艺参数的优化提供参考。     

压力管道在役焊接烧穿失稳机制

采用压力管道在役焊接烧穿模拟试验装置,对在役焊接烧穿失稳进行了研究.观察了烧穿宏观形貌,测量了烧穿失稳熔池的尺寸,采用扫描电镜对失稳接头的表面和横截面微观形貌进行了观察分析,综合探讨了在役焊接烧穿的失稳机制.研究结果表明,在役焊接的变形为外凸变形,在带压水介质条件下焊接时,在熔池前端的高温区形成烧穿空洞.当焊接热输入逐渐变得较大时,热影响区晶粒变的粗大,晶间被氧化,晶间结构被破坏,产生裂纹,并且裂纹在应力作用下沿晶间扩展,降低了管道热影响区的材料强度,当此处剩余强度不足以承载管道内部压力时,发生烧穿失稳.     

非对称管件内高压成形过程研究

为了改善两端不对称形状管件内高压成形后的壁厚均匀性,提高管件内高压成形极限,采用Dynaform有限元模拟软件并结合实验,研究了补料压力、轴向补料量对管件成形过程中起皱和破裂的影响.结果表明:当补料压力低于32 MPa时,失效形式为死皱;当补料压力高于42 MPa时,失效形式为破裂,适宜的补料压力区间为34~42 MPa;当左右补料量分别为42和22 mm,整形压力126 MPa时,可得到合格非对称瓶形管件,管件最大膨胀量为70.75%,壁厚最大减薄率为27.12%。通过控制管材在内压和轴向力的作用下发生合理的预成形,包括管材两端的合理补料量以及合理的起皱形状和数量,可在最终的内高压成形中实现更好的壁厚均匀性,提高成形极限。     

几何参数对环件摩擦焊接轴向缩短量的影响

环件的几何参数对惯性摩擦焊接轴向缩短量的影响很大.建立了惯性摩擦焊接过程的轴对称模型,运用大变形弹塑性有限元法分析了GH4169合金环件内径和壁厚对轴向缩短量的影响规律.研究表明:当环件壁厚给定时,轴向缩短量随着环件内径的增大呈先增大后减小的规律;当环件内径给定时,轴向缩短量随着壁厚增大而快速减小,直至壁厚超过某一临界尺寸;轴向缩短量的计算数据与实验数据符合较好.     

厚壁管低熔点塑性介质挤胀成形实验研究

采用低熔点塑性材料作为传力介质挤胀成形厚壁空心构件，研究了空心构件低熔点塑性介质挤胀成形机理和主要影响因素，分析了低熔点塑性介质挤胀管坯的成形过程和壁厚分布规律．研究结果表明：低熔点塑性介质挤胀成形时管坯和塑性介质两种材料同时发生塑性变形，管坯的变形流动是塑性介质的内压和冲头轴向挤压共同作用的结果；轴向压力和径向内压力的匹配关系是低熔点塑性介质挤胀成形工艺的关键；管坯胀形区的壁厚有较大的减薄，但与自然胀形相比壁厚减薄的程度较小。     

双金属复合管充液压形成形研究

目的 促进双金属复合管中空构件在实际生产中的应用与推广。方法 通过实验和数值模拟,研究双金属复合管室温下充液压形的可行性,分析内压对管材缺陷的影响,总结主要缺陷形式及缺陷的发生原因。结果 室温成形时所需压力仅为15 MPa。对于Fe/Al双金属复合管而言,当其内压增大至17 MPa时,则回弹量很小,通过控制坯料的回弹量即可减小内外管间隙缺陷。成形件壁厚分布均匀,且内压对其影响较小。结论 充液压形可在室温下成形双金属复合管。回弹是成形件存在间隙的主要原因,间隙随着内压的增大而减小。     

大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力分析

目的 研究大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接,优化结构设计和工艺设计。方法 建立大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接数值分析模型,通过数值模拟的方法,定量分析大厚度奥氏体不锈钢筒体焊接变形和应力。结果 零件下部38 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.2 mm;零件下部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为2.0 mm;零件中部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.9 mm;零件上部60 mm厚焊缝位置处的最大径向收缩量为1.8 mm。填丝激光焊接轴向收缩量为0.55 mm。焊接残余应力最大值在450 MPa左右,应力主要分布在焊缝附近。热处理后,焊接残余应力都有明显降低,最大残余应力从450 MPa左右降低到200 MPa左右,焊接残余应力范围存在一定程度减小;焊接残余变形变化较小,热处理后某些位置的变形略微有所增大。结论 模拟结果表明,大厚度奥氏体不锈钢筒体填丝激光焊接变形和应力在可接受范围内,焊后热处理对释放残余应力有重要作用。     

管材参数对输液管流固耦合振动的影响

采用特征线法对一蓄水池-管道-阀门(RPV)系统的流固耦合振动响应进行了数值计算,研究了管道结构阻尼、管材泊松比以及管道壁厚管道材料对系统振动响应的影响。结果表明：随着管道结构阻尼的增大,管壁本身的振动受到抑制;当管道结构阻尼大于某一临界值时,系统的振动能量主要集中在液体里,造成液体压力能的升高;随着泊松比的增大或管道壁厚的增大,液体的压能增大,管壁的轴向振动强度降低。     

Y型三通管内高压成形壁厚分布规律

为了解Y型三通管内高压成形时的壁厚分布及成形压力对壁厚的影响规律,通过数值模拟和实验对Y型三通管的内高压成形过程进行了研究,分析了3个不同成形阶段零件的壁厚分布规律和成形过程中零件典型点壁厚随内压的变化规律.研究表明,成形后零件左侧过渡区圆角处壁厚最大,右侧过渡区圆角处次之,枝管顶部壁厚最薄.利用数值模拟,研究了不同终成形压力对零件壁厚分布的影响,研究发现随着终成形压力的提高,零件的最大增厚率变化不明显,但零件的最大减薄率有显著的增加.     

带壁厚偏差管坯液压胀形加载路径的研究

建立了带壁厚偏差管坯液压胀形的力学模型,揭示了不同轴向应力状态下壁厚偏差对管坯成形的影响规律,给出了带壁厚偏差管坯液压胀形加载路径设计的标准。针对某重型卡车桥壳预成形管坯的液压胀形工艺,进行了3种不同壁厚偏差管坯在不同典型加载路径下的有限元模拟,结果表明:内压升高至最大保持恒定,管坯薄壁侧均在合模前发生开裂且薄壁侧与厚壁侧变形差异较大;内压先升高后降低,管坯厚壁侧均失稳形成褶皱且薄壁侧与厚壁侧变形差异较小;内压先升高后降低再升高时,管坯均成形且符合工艺要求,确定了适用于带壁厚偏差管坯液压胀形的加载路径。在专用液压机上进行了液压胀形试验,试验结果与数值模拟所得规律一致。     

加载路径对扭力梁内高压成形壁厚分布和精度的影响

为研究加载路径(内压力和轴向补料的匹配关系)对扭力梁内高压成形的影响,通过数值模拟和试验研究的方法,研究了不同加载路径对局部截面壁厚分布和管件成形精度的影响规律.研究发现:当补料初始压力过低时,在端部区域起皱;当补料初始压力过高时,补料全部集中在端部区域;当补料量过小时,壁厚改善不明显;补料量过大时,端部区域起皱.研究结果表明:初始压力为30 MPa,补料量15 mm时为合理加载路径,此时内高压成形件壁厚减薄较小,成形精度较高.     

平底筒形件主动径向加压充液拉深的数值模拟

针对低塑性、大高径比航天铝合金板材零件成形需要,提出了带主动径向加压的充液拉深新技术.通过数值模拟方法,采用动力显式分析软件ETA/Dynaform5.5对5A06铝合金平底筒形零件主动径向加压充液拉深成形过程进行了研究.以零件成形最终壁厚分布为评定标准,分析了不同主动径向压力加载路径对成形质量的影响.通过数值模拟证明了在主动径向加压充液拉深过程中,法兰变形区存在一个应力分界线,随着主动径向液压力的增加,分界线的位置内移.研究表明,采用40 MPa的液室压力加载曲线,并配合45 MPa的主动径向压力加载路径,获得的铝合金平底筒形件的拉深比为3.1,零件质量好.     

钢筋混凝土烟囱预应力环箍加固效应研究

钢筋混凝土烟囱经预应力环箍加固后,在烟囱筒壁外表面与环箍接触处产生了一周沿环向均匀分布的径向压力。用圆柱壳理论导出了径向压力在筒壁中产生的环向压力、环向压应力、压力影响高度的计算公式,环向压应力呈曲线分布。数例计算结果表明:环向压应力值在环箍作用处最大,约为-1.0MPa,且随着环箍位置增高而增大,在压力影响高度起止点处衰减为零;压力影响高度随着环箍位置增高、半径变小而减小,平均值约为2.8m;根据压力影响高度,即可计算上下两道环箍之间的合理距离。     

内高压成形波节管承载特性分析

内高压成形波节管作为目前应用最广换热设备,其变形特点以及成形后承载特性均备受关注.本文通过数值模拟和实验研究的方法,首先分析波节管内高压成形壁厚分布规律、成形精度以及残余应力分布情况,然后分析成形后波节管在承载时,典型区域应力应变分布情况,得出波节管在承受不同载荷时的变形特点.研究结果表明:在内高压成形过程,当整形压力为290 MPa时,成形精度较好,根部过渡区域减薄率达21.63%,且此处残余应力最大.在承载过程,当波节管承受内压力自由胀形时,波节管等效应力的最大值出现在波节根部过渡区域,此处为承载的薄弱区域;当波节管承受轴向压缩和拉伸载荷时,波峰及其附近区域与之对应的产生轴向拉应变和轴向压应变,体现出波节管具备很好的轴向位移补偿能力.     

无缝气瓶热旋压收口成形工艺数值模拟研究

本文采用有限元分析软件ABAQUS对无缝气瓶热旋压收口成形工艺进行模拟研究,分析了不同工艺参数对气瓶热旋压成形的影响。模拟结果表明,无缝气瓶热旋压收口成形过程中,随着旋压温度的升高和进给比的增加,起旋点处最小壁厚减薄,瓶肩最大壁厚处壁厚增加;随着旋压温度的升高,最大等效应力不断减小,最大等效应变不断增加;随着进给比增加最大等效应力应变都略有增加;旋压力随着温度的升高和进给比的减小而降低。     

海底管道受坠物撞击的三维仿真研究

采用三维非线性有限元法模拟海底管道受到船锚或其他坠落物体的冲击碰撞过程,并采用Newmark法和N-R迭代法相结合求解了撞击动力学方程,分析了物体形状、碰撞角度、物体与管道间摩擦、混凝土厚度及管道内压对管道碰撞的影响.结果表明相同撞击条件下,立方体和球体对管道的撞击产生的最大Mises应力要比圆锥体大的多,随着圆锥角角度的增加管道的最大Mises应力是增加的;碰撞角度为90°时对管道的影响最大;摩擦对管道撞击影响较小;管道最大Mises应力随着混凝土层厚度的增加而减小,但随混凝土厚度的增加,减小的幅度越来越小;内压的存在使管道等效应力增加,但能减小管壁上的局部变形,使得冲击能量更多被用来产生整体变形.     

6A02铝合金异形截面小弯曲半径薄壁管液压成形工艺研究

目的 研究6A02铝合金异形截面薄壁管的液压成形过程,改进管件的成形质量。方法 使用Abaqus软件进行数值模拟,通过考察管件壁厚分布情况、管件轴线的最小弯曲半径及管壁与模具贴合情况,研究了内压、轴向进给量、加载路径及合模过程中的内压与进给对成形质量的影响,并提出了合模力–轴向进给–内压三者同时配合的加工方法。结果 通过数值模拟确定了无轴向进给情况下管件薄弱处发生破裂时的内压为7.5 MPa,发生起皱前的最大轴向进给量为2 mm,最低整形内压为80 MPa。确定了在合模过程中进给0.75 mm、合模后继续按照特定加载路径进行内压提升和轴向进给、最后施加80 MPa的整形压力的情况下成形效果最好。通过此路径加工出的管件最小壁厚为0.42 mm,最大减薄率为16%,轴线最小弯曲半径为1.258 mm,与模具间隙面积为0.065 mm²。结论 适当的内压–轴向进给可以实现较好的成形质量。在合模过程中,施加与合模力相配合的轴向进给和内压能增加管件弯曲处薄弱部分的补料量,改善管件在合模后的壁厚分布情况,进一步提升管件最终成形质量。     

冷孔板直径对涡流管内部压力场的影响

以理想的CO_2气体为工作流体,使用标准Standard k-ε湍流模型来模拟涡流管的能量分离效应。当涡流管冷端出口压力是2. 5 MPa、喷嘴进口压力是6. 5 MPa和喷嘴进口温度是298. 15 K、喷嘴进口压力为6. 5 MPa时,进行了涡流管内轴向、径向压力分布的模拟研究。模拟结果表明:冷流率μ为0. 1,冷孔板直径在1. 5～3. 5 mm之间变化时,轴心线上的总压分布呈现先减小后逐渐增大的趋势,各冷孔板直径在轴向距离为0 mm处的径向总压随着径向距离的增大呈逐渐增大的趋势;当径向距离在0. 5～1. 0 mm之间变化时,轴线上总压随着涡流管轴向距离的增大而增大;当径向距离为1. 5 mm时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈先增大后减小的趋势;当径向距离在2. 0～2. 5 mm之间变化时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈逐渐减小的趋势;当轴向距离在0～100 mm之间变化时,各轴向位置上随着径向距离增大的总压分布均呈现逐渐增大后趋于稳定的趋势。     

气瓶安全与检验问答(二十五)

问:乙炔管道的水压试验压力和气密性试验压力是怎样规定的,试验时应注意什么?答:管道水压试验压力为:1 管道工作压力小于0 7MPa时,水压试验压力为2 2MPa ;2 管道工作压力在0 7～0 15MPa时,水压试验压力为3 2MPa ;3 压缩机后的高压管道,水压试验压力为管道工作压力的2倍。在试验过程中,先升压至水压试验压力,保压10min ,然后将压力降至气密性试验压力,进行外观检查,如无破裂、变形、渗水和降压现象,则认为水压试验合格。水压试验合格后,再以气压进行气密性试验。气密性试验压力为工作压力的1 2 5倍。试验时升压至气密性试验压力后,…     

5A06铝合金中厚板反拉深变形行为

中厚板变形过程中的弯曲和反弯曲效应影响其拉深变形能力。本工作以航空航天常用的5A06铝合金筒形件为研究对象,采用厚度为4.5mm的中厚板进行反拉深数值模拟和实验研究,分析了变形过程中应力、应变分布特点,讨论了3种凹模截面结构形式下的变形方式,以及应变路径随着凹模圆角变化规律。结果表明:凹模内圆角与直壁区过渡区在壁厚方向上存在应力和应变梯度,并在该处外侧产生最大径向拉应力,导致了拉深破裂的发生。采用半圆形凹模截面结构时,极限拉深深度达到203mm,相对于平面凹模结构增加了40%。半圆形凹模结构能减小弯曲效应,有效降低过渡区的应力梯度和最大应力数值,有利于提高5A06铝合金中厚板拉深变形能力。