大型直缝焊管多点弯曲一次性矫直新工艺原理

由于大型直缝焊管的特殊性,多采用三点弯曲多次矫直的方法修正其直线度。基于平面弯曲弹复理论及过弯矫直等价原理,给出基于管件初始挠度曲线分布的理论矫直弯矩,施加该理论弯矩可将管件一次性完全矫直。为方便工业应用,将该弯矩离散线性化,提出多点弯曲一次性矫直控制策略,并给出相应的工艺参数的确定方法。通过实测大型管件挠度分布,建立大型管件多点弯曲一次性矫直的数值仿真模型,并以小尺寸管件的物理模拟试验验证仿真模型的可靠性。对实际管件的仿真模拟结果验证多点弯曲一次性矫直控制策略的可行性,为全自动矫直机的设计和应用提供理论基础。     

阶梯管件的矫直方法研究

针对单弧度弯曲阶梯管件,采用三点过弯压力矫直的修正方式,根据材料弹塑性力学理论,基于双线性强化弹塑性材料本构关系,解析了考虑变截面处应力集中因素的阶梯管件变形过程,推导了矫直行程计算公式.利用有限元软件显示动力学分析的阶梯管件矫直模拟过程以及相应的矫直实验对模型的正确性进行了验证,仿真和实验结果表明,矫直后的阶梯管件具有直线度高,矫直效果好的特点.     

纯弯曲过弯矫直等价原理及其试验验证

矫直是大口径埋弧直缝焊管生产过程中处理直线度不达标管件的关键性技术,研究矫直过程中的变形规律是合理确定矫直工艺参数的理论基础。根据矫直过程中弯曲小变形的特点,提出初始当量应变的概念,借此建立平面曲梁初始曲率分布与应变分布之间的联系。基于弹塑性小变形纯弯曲工程基本假设,导出平面曲梁小变形反向纯弯曲的几何方程和弹复方程,进而理论上论证曲梁过弯矫直与直梁纯弯曲之间的等价关系,从而给出过弯矫直等价原理,即曲梁矫直所需弯矩载荷与同材质、同形状的直梁弯曲成待矫曲梁形状所需载荷的等价关系。用三点弯曲和四点弯曲及其反向弯曲试验证实过弯矫直等价原理的正确性,为过弯矫直工艺方案和控制策略的确定奠定了理论和试验基础。     

金属棒材四点弯曲压力矫直行程预测模型研究

为改善工件矫直过程中的应力应变分布,提高精密矫直的精度,建立了金属棒材四点弯曲压力矫直行程预测模型。首先,基于三点弯曲压力矫直理论对矫直过程中金属棒材的弹塑性变形进行分析,推导四点弯曲压力矫直的弹塑性变形规律;其次,采用有限元模型进行四点弯曲压力矫直仿真分析;最后,采用自主研发的数控压力矫直机进行实验,将获得的实验结果与理论和仿真分析结果进行对比。结果表明:采用双压头双支撑结构的四点弯曲压力矫直方案在精度和工件变形上均优于三点弯曲压力矫直方案,可广泛应用于直线金属棒材精密矫直工艺。     

厚壁管件矫直过程中加载力的分析

矫直和弯曲是两个相反的工艺过程,但他们的变形机理是相同的.矫直过程中,矫直力的确定对矫直效果有重要的影响,是矫直过程中重要的参数之一.通过利用DEFORM有限元分析软件对管件弯曲过程中加栽平衡力的变化进行数值实验,对成品管(直径为φ720mm,厚度为8120mm,长度为1000mm的钢管)的弯曲过程进行数值计算分析,根据塑性状态发展趋势揭示管件加载平衡力的变化规律,为矫直过程中关键参擞矫直力的确定提供理论依据.     

钢轨端部压力矫直工艺参数的计算方法

矫直载荷和矫直行程是钢轨端部压力矫直过程的两个重要工艺参数.在现有研究的基础上,结合实例应用ANSYS软件对钢轨端部弯曲的压力矫直进行了有限元分析,获得了矫直过程的载荷-挠度曲线.同时,以弹、塑性力学理论为基础,在现有矩形截面和轴类工件的压力矫直过程模型研究基础上,推导建立了工字截面工件的矫直过程模型,获得钢轨端部弯曲矫直所需矫直载荷和矫直行程的计算方法.运用该计算方法结合实例进行了矫直工艺参数的理论计算,并将该理论计算结果与ANSYS模拟结果进行比较,发现两者非常接近,误差较小,在一定程度上验证了基于矫直过程模型的理论计算方法的正确性,对于现场生产具有实际指导意义.     

中小型轴类零件旋转弯曲矫直工艺数值模拟研究

直线度是轴类零件重要的质量参数之一,矫直是轴生产过程中的一道必要工序。针对现有矫直工艺的局限性,提出中小型轴类零件旋转弯曲矫直工艺。基于通用有限元软件LS-DYNA,使用Y-U强化模型对工艺过程进行了数值模拟研究,揭示其矫直机理,探究各因素对矫直效果的影响。研究结果表明,矫直过程中材料任意质点应力均经历多次的正负交替变化,在逐渐卸载过程中使轴向任意微段的曲率逐渐趋近于零,实现其矫直。残余挠度随着弯曲量的增加而降低,当弹区比达到0.2时,残余挠度达到了最小。随着旋转速度的增加,残余挠度先减小再增大,当旋转速度与弯曲量的比值为125r/rad时,矫直效果较好。长径比、初始挠度(大小及挠曲形式)以及初始残余应力对矫直效果影响较小,采用相同的工艺参数均取得了良好的矫直效果。数值模拟结果验证了工艺的可行性,无需经过复杂的初始挠度测量,光轴和阶梯轴矫直后残余挠度均在0.1mm以内。     

船用管件弯曲成型的有限元建模与实验验证

基于弯曲成型理论并结合船用管件弯曲成型的实际工况,采用ABAQUS/CAE模块建立了20钢管件的数控弯曲成型有限元模型,对建模过程中的力学模型、几何模型、单元定义、网格划分及其敏感性分析和约束接触设置等步骤进行了详细的说明。通过提取弯曲段横截面的最小壁厚值,与变形前的截面壁厚相比,定义了弯管外侧壁厚的减薄率。同时,通过提取畸变后的管件截面的椭圆长短轴,推导出了截面畸变程度质量指标的计算方法。与实验结果比较,有限元模型的计算结果与实验测量数据之间的相对误差较小,从而验证了有限元模型计算的精确度和可靠性,为管件的弯曲成型加工提供了理论依据,可应用于加工后管件质量的评价。     

塑性强化材料辊式矫直力学行为研究

采用弹塑性弯曲理论与应力线性叠加原则对塑性强化材料连续弹塑性弯曲过程力学行为进行分析,考虑应力传递效应对矫直过程的影响,建立七辊辊式矫直机连续弹塑性弯曲矫直过程力学模型。通过对比试验结果及理论计算值,两者偏差平均值在8%以内,验证了理论分析方法的正确性。利用该模型,对不同的矫直策略进行分析。结果表明,大变形矫直策略残余应力与残余曲率控制能力均强于小变形矫直策略;由于应力传递效应对矫直过程的影响,使得小变形矫直策略随矫直过程的深入,残余曲率并未向零点逐步收敛,而是在一定范围内波动;大变形矫直策略由于采用了逐步矫直的工艺设定思想,使其可以达到矫直的目的。这些分析结果为工业生产中矫直策略的选取提供了理论依据。     

大型管件扩径矫圆弹复分析

扩径矫圆工艺是大型直缝焊管生产过程中的重要工序之一,研究管件扩径矫圆弹复规律是合理确定扩径矫圆工艺参数的理论基础.将扩径矫圆过程按时序分为整圆、扩径、弹复三个阶段,根据其工艺特点认为整圆阶段为弹性纯弯曲过程,扩径阶段根据管壁所处的弹塑性应变状态又分为完全弹性变形、部分塑性变形和完全塑性变形三种情况,其分界点为弹性临界扩径率λ1和塑性临界扩径率λ2,借助扩径矫圆几何约束方程和弹复方程给出了不同扩径情况下弹复后管坯壁厚中心线任意一点曲率半径的表达式.通过扩径矫圆的物理模拟试验和大型直缝焊管的扩径矫圆试验,验证了理论解析结果的正确性,并从理论上揭示扩径矫圆的工艺原理和主要影响因素对弹复后形状参数的影响规律,具有重要的实际应用价值.     

[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]限动芯棒连轧管机轧制过程轧件变形行为及规律仿真

基于ABAQUS有限元软件建立了180 mm限动芯棒连轧管机组钢管连轧过程仿真模型。通过仿真模拟展现了连轧各机架连续轧制过程中轧制区钢管横截面上应力、应变及位移的分布和壁厚形成演变过程,揭示了轧制压力分布和轧辊上总轧制力的变化规律以及轧件温度与轧制区摩擦因数对壁厚与轧制力的影响。使用三次样条插值方法从仿真结果数据中提取钢管壁厚和直径,通过研究对象机组的工业生产实测数据验证了有限元模型的正确性。仿真发现:连轧过程中,金属在纵向上先发生减径变形后发生减壁变形,横向上金属主要从孔顶区流向开口区;前三机架接触压力主要集中在孔顶区,变形量较大,是主变形机架,第四五机架接触压力最大在侧壁区,变形量较小,主要起到精整和归圆作用;随着轧制温度的升高,出口壁厚增大,轧制力减小,随着芯棒与轧件之间摩擦因数的增大,壁厚减小,轧制力减小。仿真研究结果支撑了针对该机组的关键轧机结构参数设计、轧制工艺参数确定以及工程调试中工艺参数优化。     

Detecting cracks in pipes filled with fluid from changes in natural frequencies

This paper deals with the identification of a single open crack in a straight pipe containing fluid under pressure by frequency measurements. The crack is assumed to be a transverse partial cut of the pipe wall thickness with straight front and it is simulated by an equivalent elastic spring. It is shown that the measurement of the damage-induced shifts in a pair of natural frequencies of the bending vibration can be used to formulate and solve the diagnostic problem. In particular, it is shown that the change in the first two frequencies in a simply supported uniform pipe is sufficient to localize a small crack, except for a symmetrical position, and to determine the damage severity. Closed-form expressions are provided for damage location and severity. An extension of the method to simply supported uniform pipe with two cracks of equal severity is also presented. The analysis is based on an explicit expression of the frequency sensitivity to damage and allows to consider pipes under general set of boundary conditions. Analytical results agree well with the numerical tests.     

Quality control on crimping of large diameter welding pipe

Crimping is used in production of large diameter submerged-arc welding pipes. Many researches are focused on crimping in certain manufacturing mode of welding pipe. The application scopes of research achievements become limited due to lack of uniformity in theoretical analysis. In order to propose a crimping prediction method in order to control forming quality, the theory model of crimping based on elastic-plastic mechanics is established. The main technical parameters are determined by theoretical analysis, including length of crimping, base radius of punch, terminal angle of punch, base radius of die, terminal angle of die and horizontal distance between punch and die. In addition, a method used to evaluate the forming quality is presented, which investigates the bending angle after springback, forming force, straight edge length and equivalent radius of curvature. In order to investigate the effects of technical parameters on forming quality, a two-dimensional finite element model is established by finite element software ABAQUS. The finite element model is verified in that its shapes error is less than 5% by comparable experiments, which shows that their geometric precision meets demand. The crimping characteristics is obtained, such as the distribution of stress and strain and the changes of forming force, and the relation curves of technical parameters on forming quality are given by simulation analysis. The sensitivity analysis indicates that the effects of length of crimping, technical parameters of punch on forming quality are significant. In particular, the data from simulation analysis are regressed by response surface method (RSM) to establish prediction model. The feasible technical parameters are obtained from the prediction model. This method presented provides a new thought used to design technical parameters of crimping forming and makes a basis for improving crimping forming quality.     

铜阴极板辊式矫直机参数研究

矫直是一个复杂的过程,包括几何非线性、材料非线性、接触非线性等问题,其数值模拟涉及到多个学科。以铜电解阴极板加工机组中的矫直机为研究对象,采用有限元软件ANSYS建立了矫直辊和阴极板的仿真模型,利用计算机模拟了铜阴极板的矫直过程,最终以矫直后的残留率和最大残余应力作为评价指标,利用正交因素法比较分析不同矫直参数对矫直效果的影响,获得最佳的矫直参数组合,对企业矫直机的设计开发提供参考,具有一定的实用价值及生产指导意义。     

内压及扭矩载荷下无缺陷弯管的应力分析

分析在内压或扭矩载荷作用下非均匀壁厚椭圆弯管的应力分布，结果表明内压引起的最大应力随着弯管的截面不均匀度而变化，由此解释了工程实际中弯管失效的原因，同时也为求解弯管的塑性极限载荷奠定了基础。     

压力校直过程的理论模型研究及其实验验证

校直行程的精确计算是全自动校直机的关键技术。文中以矩形截面零件为研究对象,并假定为理想弹塑性材料,依据弹塑性力学理论,通过推导载荷、弯矩、挠度和弹性区长度间的关系,建立压力校直过程的载荷-挠度数学模型。实例计算表明,理论计算结果和有限元计算结果吻合良好。实验结果也证实理论计算具有足够的精确性。该模型有助于全自动校直机的研制。     

往复弯曲统一曲率定理及其试验验证

辊式矫直工艺和辊式矫圆工艺均通过往复弯曲方式达到统一曲率的目的,辊式矫形过程中的往复弯曲变形规律是确定矫形工艺参数的理论依据。针对往复弯曲变形过程,建立一套符号系统,将弯曲曲率和弯矩矢量化。基于小曲率平面弯曲弹复方程和应变叠加原理,引入初始当量应变和当量应变的概念,采用图解法对往复弯曲弹复过程进行分析,在考虑稳定金属材料往复弯曲过程中的形变硬化、Baushinger效应和循环软化,分三种情形证明往复弯曲可以湮灭初始曲率的差异,最终使曲率统一到同一方向、同一数值,提出往复弯曲统一曲率定理。进而,设计模压往复弯曲试验装置,选用不同初始形状、不同材料的板坯进行往复弯曲试验,讨论残余曲率半径和拟合圆弧偏差随弯曲次数的变化规律,验证往复弯曲统一曲率定理的正确性,为辊式矫直和辊式矫圆工艺方案和控制策略的制定奠定了理论基础。