天然气管道管弯曲试验代替压扁试验可行性研究

天然气管道管检验项目中压扁和弯曲试验的选用因各标准体系间的差异存在一定分歧,所以依据压扁和弯曲的试验方法,利用ANSYS有限元模拟软件对钢管的压扁和弯曲试验分别进行模拟,实现对压扁和弯曲试验整个过程的直观分析。通过对比压扁和弯曲试样变形部位残余应力场的分布和变化,分析认为弯曲试验的塑性变形程度大于压扁试验,使钢管更难通过弯曲试验。所以,弯曲试验可以代替压扁试验用以评价钢管塑性变形的能力。最后比较模拟结果与实测试验结果,取得较好的一致性。     

薄壁管材等曲率矫直临界曲率半径力学建模

薄壁管材等曲率矫直临界曲率半径作为重要的工艺参数,直接决定了设备结构和产品质量。而目前现场仍沿用经验图表结合人工经验和反复试矫对其进行估定,亟待建立针对性的力学模型以指导生产,为此从旋转壳体大挠度几何方程出发,基于J₂形变理论和能量理论,运用里茨法建立了薄壁管材等曲率矫直塑性失稳时的临界弯矩,以此确定了临界曲率半径模型,并给出了数值解法。应用ANSYS/LS-DYNA进行了有限元动态仿真试验,结果表明模型是近似正确的,通过仿真对比分析证明了轴向起皱先于截面畸变是薄壁管材等曲率矫直塑性失稳的主要模态。     

厚壁结构管件刚模塑性成形过程的数值模拟与工艺研究

基于刚塑性有限元法,忽略了回弹和管坯与模具、芯轴的间隙的影响,建立了简化的有限元模型,对厚壁管压弯、压扁成形过程进行了数值模拟,得到了各场量的分布。根据应力分布结果,对起皱和破裂等缺陷进行分析预测,并根据截面变化情况,研究了芯轴对截面畸变的作用与影响。该研究对厚壁管件弯曲和扁化过程的工艺方法提供了依据。     

薄壁钛管的矫直

为了对薄壁钛和进行高精度矫直,在对弯曲矫直和对辊压扁椭圆矫直法及弯曲矫直与对辊压扁椭圆荞直相结合的矫直法进行对比分析之后,决定在六辊矫直机上采用弯曲矫直法与对辊压扁椭圆矫直法相结合的方法对薄壁钛管进行矫直.在详细分析了影响矫直精度参数的基础上,确定矫直的合适工艺.所进行的矫直实验结果表明:弯曲矫直法与对辊压扁椭圆矫直法相结合的方法可有效的改善薄壁钛管材的直线度和椭圆度.矫直的薄壁钛管直线度达到0.3 mm/m,达到了较高精度的要求.     

大型管件管端过弯矫圆三步法控制策略

管端过弯矫圆工艺是保证大型管件产品质量的重要工序之一.管端矫圆是一个局部弹塑性变形过程,采用传统的弹塑性理论对其变形本质的精确解析存在一定困难,而合理的矫圆控制策略是提高生产效率的有效手段.本文首先采用物理实验的方法验证了管端矫圆与压扁之间的等价关系,进而通过分析管端压扁过程的弹复规律建立了"三步法"控制策略,从而为后续的过弯矫圆智能化控制系统的奠定了基础.最终的验证实验表明,该控制策略可有效地将管件的管端椭圆度控制在0.5%以下.     

大口径厚壁管压扁试验和弯曲试验严格程度的比较

对电站锅炉用大口径厚壁管进行了压扁和弯曲对比试验,分析了试样受拉面塑性变形的差异,比较了两种试验的试样形状和合格判据要求的差异,讨论了锅炉常用ASME SA-335MP91/92钢管的压扁试验和弯曲试验在工程应用中的相关问题。结果表明:钢管弯曲试验的塑性变形明显大于压扁试验,对材料塑性要求更为严格;建议今后国内制定或修订相关标准时,进一步放宽大口径厚壁管弯曲试验替代压扁试验的限制。     

椭圆管件正圆过程影响塑性极限的关键参数探析

目的椭圆管件是最常见的圆柱管件变形状态,通常采用缩径方式矫圆,研究矫圆过程中影响塑性变形的关键参数。方法建立了椭圆柱管件正圆模型,找到了影响截面最大应力值的关键参数,即椭圆度和厚度半径比,并进行了无因次化。采用控制变量法,运用非线性有限元软件ABAQUS,模拟了不同椭圆度和厚度半径比的椭圆管件,正圆过程中的截面最大应力值。结果通过对比大量数据,得出了椭圆管正圆椭圆度和半径厚度比影响曲线以及塑性临界曲线。结论为揭示缩径矫圆机理,完善矫圆的预测提供了参考。     

一种新型双金属复合板弯曲矫直模型

因为传统的连续弯曲辊式矫直理论创建在单一金属反复连续弯曲变形的基础上,所以将该理论应用于双金属复合板连续弯曲矫直时,精度不高且无法保证双金属复合板的矫后平直度。为完善板材矫直力论,分析了双金属复合板矫直弯曲变形时的特点,提出了分层算法,并将模型计算数据与矫直实验数据进行了对比。结果表明:提出的方法可以在不同金属变形层上采用不同的计算方法和材料模型,比较适应于求解双金属复合板的辊式矫直问题;模型计算矫直力误差不大于5.73%。所得结论表明基于分层算法的数学模型在计算双金属复合板时具有良好的效果。      

平辊压扁轧制圆钢丝工艺的研究动态

主要研究了圆钢丝的平辊压扁轧制成型工艺，重点探讨了钢丝压扁轧制的变形特点，分析了钢丝在压扁轧制中的变形规律和压力分布情况，总结了目前用于计算宽展的公式。同时，阐述了国内外钢丝平辊压扁轧制工艺的研究动态，指出了今后钢丝压扁轧制成型工艺研究重点。     

双金属复合板材辊式矫直的数值模型

将弯曲分层矫直数值计算和实验验证相结合,研究了双金属复合板材辊式矫直过程中的连续弯曲变形和力能参数。结果表明,使用弯曲分层矫直计算模型是计算双金属复合板材矫直过程的有效方法,分层算法的结果与实验数据有较好的一致性;双金属复合板材弯曲应变的中性层与几何中间层产生偏离,中性层位置随弯曲程度和材料比例而变化;同时,由于材料的力学性能不同,在同一弯曲单元内各组元材料的塑性层比例也不同;计算模型所给出的在双金属复合板材矫直过程中应力应变的演化,与单一材料有明显的不同;在不考虑原始曲率的前提下,矫后残余应力随着弯曲单元的增加而减小。     

TA2圆管辊弯成型边波缺陷及机理研究

目的 为消除TA2薄壁圆管在辊弯成型过程中产生的边波缺陷,研究分析不同成型方法中TA2薄壁圆管焊缝处纵向应力及应变大小的变化规律。方法 运用专业型钢软件COPRA RF和有限元MSC.MARC商业软件建立符合生产标准的三维薄壁圆管模型,展开多机架连续辊弯成型过程的有限元仿真,并进行辊弯成型试验验证。结果 试验结果表明,成型方式不合理是引起TA2薄壁圆管辊弯成型边波的重要原因。随着道次间成型结束后塑性应力与纵向应力的累积,TA2薄壁圆管焊缝处出现褶皱现象,即薄壁圆管产生边波缺陷。通过有限元分析及TA2纯钛薄壁圆管生产试验验证发现,基于普通成型法加工的薄壁圆管焊缝处失稳区辊弯纵向应变波动峰值由0.6%降低到基于上山法成型的0.3%。结论 使用上山法可以消除TA2纯钛薄壁圆管在辊弯加工工艺中产生的边波缺陷,提高了产品精度并为后续装配提供了保障,研究结果为消除工业纯钛圆管边波缺陷奠定了良好的理论基础。     

Support-induced restraint effect of thin-walled tube in a steam generator subjected to combined pressure and bending load

The restraint effects of support plates on limit load (LL) are evaluated for thin-walled tubes subjected to combined internal pressure and bending loads. To achieve this goal, three-dimensional (3D) finite element (FE) analyses assuming elastic-perfectly plastic material behaviour are carried out for tubes with various sizes of circumferential cracks. Two crack locations, both the top of the tube sheet (TTS) and transition regions, where circumferential cracks have been found in many steam generators during operation, are considered. FE analysis results show that LLs for the circumferential cracks are significantly affected by the boundary conditions of the tube and that the resulting LL solutions can be simply applied to the practical integrity assessment of steam generator tubes, because the comparison between experimental data and FE analysis results shows a good agreement.     

Ultrasonic thin-walled tube wave structure for sensing devices

Theoretical and experimental investigations of thin-walled tube acoustic wave devices for gravimetric sensing applications are presented. Integrated sensor configurations have been demonstrated by employing a sol-gel processed thin piezoelectric lead zirconate titanate (PZT) film. This was coated coaxially on stainless steel tubes and interdigital transducers (IDT) fabricated as the transmitter and receiver on the curved tube surfaces. We have observed tube waves along both the axial and circumferential directions between 1 and 6.6 MHz. We have also analyzed the mass sensitivities of different modes propagating along the tubes and shown that high mass sensitivity can be achieved by keeping the tube wall thin     

Three-dimensional finite-elements modeling and simulation of rotary-draw bending process for thin-walled rectangular tube

According to the characteristics of the rotary-draw bending process of a thin-walled rectangular tube, a three-dimensional finite-elements model of this process is built under the ABAQUS/explicit environment based on the solution of several key techniques, such as contact boundary condition treating, material properties definition, meshing technology, etc. The actions of pressure die, wiper die, clamp die and mandrel are considered in the modeling process. Then the reliability of the model is validated by comparison with experiments in the literature. Furthermore, numerical simulation and analysis of the thin-walled rectangular tube bending process of 3A21 aluminum alloy have been carried out by using the model. The distribution laws of tangential stress in the process have been analyzed. The results show that the maximum tangential stress increases sharply in the initial stage and then keeps nearly constant with the progress of the bending process. The circumferential compressive stress zone is basically unchanged when the bending process becomes stable.     

诱导结构对泡沫铝填充薄壁方管轴向压溃特性影响的研究

建立了泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型,利用试验对泡沫铝填充薄壁方管的有限元模型的准确性进行了验证。研究了诱导结构的类型和数量对泡沫铝填充薄壁方管的轴向压溃变形模式、初始峰值力、压溃力效率和能量吸收能力的影响,结果表明:设计诱导结构可以提高能量吸收能力、减小初始峰值力、增加压溃力效率,甚至可以改变压溃变形模式。沿薄壁方管的轴向方向合理地增加诱导结构的数量,可以进一步的减小初始峰值力、增加压溃力效率、提高结构的能量吸收能力。通过等级评价方法,确定沿薄壁方管的轴向方向设计4组诱导四角方孔可以使泡沫铝填充薄壁方管获得最佳的综合吸能特性。     

泡沫铝填充薄壁铝合金多胞构件与单胞构件吸能性能研究

为研究泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的吸能能力,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的数值仿真。对经典薄壁圆管试验及泡沫铝填充薄壁圆管试验进行了数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟泡沫铝填充薄壁圆管在轴向冲击过程中的撞击力和变形发展。基于该模型对比研究了不同因素下泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的轴向吸能特性,分析了其破坏模式、吸能机理和两者吸能效率。结果表明:在轴向冲击荷载作用下,泡沫铝填充薄壁铝合金的破坏模式为轴对称渐进折叠破坏模式,冲击力-位移曲线和变形模态图显示其变形过程分为3个阶段:弹性阶段、平台阶段和强化阶段。当冲击压缩距离为构件高度的80%时,7种不同参数下的泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构的吸能效率明显高于7种单胞结构,吸收的能量E和比吸能SEA都提高了50%以上,是一种优秀的吸能构件,可广泛应用于防护工程中。     

曲梁弯扭屈曲分析

本文基于有限变形理论导出了薄壁曲梁位移和应变的一般表达式。从探讨薄壁曲梁弯扭屈曲的变形模态出发,考虑其弯矩作用平面内变形的影响,利用变分原理导出了曲梁稳定分析的基本微分方程。稳定分析表明,即使绕弱轴弯曲,曲梁也可能发生弯扭屈曲。对于曲率甚小的情况,本文把曲梁看作为具有初曲率的直梁,较精确地分析了初曲率对直梁弯扭屈曲临界弯矩的影响。此外,本文给出的闭合解与Timoshenko,Vlasov及Chai Hong Yoo等人的结果进行了比较,指出了其间差异的根源所在。     

基于协调翘曲场的开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转一维有限元分析

开口及闭口薄壁杆件约束扭转问题已由经典Timoshenko和Benscoter理论解决。然而,开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转分析必须考虑开、闭口部分翘曲能力的差异,翘曲剪流形成机理有待进一步研究。该文假定开、闭口截面翘曲分别满足Vlasov和Umanskii假定,考虑开、闭口截面公共节点翘曲连续性要求,建立含有待定翘曲参数的协调翘曲模型。由截面受力平衡,确定翘曲参数显式列式,提出开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转分析的一维有限元模型。算例及参数分析结果表明,基于Umanskii第二理论的I类方法在悬臂板及闭口周边引入附加剪流,影响翘曲剪应力精度。基于Umanskii第二理论的II类方法只能计算截面板件平均剪应力,无法反映真实翘曲剪流分布。基于Vlasov约束扭转假定的Beam-189单元忽略闭口周边约束效应产生的附加翘曲及剪流,影响翘曲正应力和剪应力精度。该文方法与Shell-63单元能得到基本吻合的变形与应力结果,说明一维梁元能正确反映开闭口混合薄壁截面杆件约束扭转及翘曲刚度。