石油套管热矫直残余应力的计算机模拟

本文利用有限元分析的方法,通过计算机模拟对石油套管的矫直过程,研究满足直线度要求时石油套管的矫直量与残余应力的关系,分析石油套管矫直时的变形规律,以减小矫直过程中产生的残余应力,提高石油套管的机械性能,为矫直工艺的制定提供理论依据.     

用有限元方法分析无缝钢管的淬火残余应力

利用有限元分析软件MSC.M arc模拟无缝钢管淬火过程,分析了淬火残余应力的分布情况,得到了残余应力按照温度梯度沿半径方向分层分布的规律。研究了在改变加热温度和冷却速度的情况下,淬火残余应力的变化规律,达到减小淬火过程中产生的残余应力,提高无缝钢管的机械性能,寻求最优淬火条件的目的。     

中厚板在矫直后的残余应力分布分析

残余应力是影响矫后中厚板平直度的主要因素.通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对中厚板矫直过程的模拟,揭示了轧件矫后在长度、宽度方向上不同的纵、横向残余应力分布状态,提出了矫直辊应采取相应的调整方案,以使残余应力的分布均匀化.     

重轨矫直速度对矫后残余应力的影响分析

针对矫直速度对重轨矫后残余应力的影响进行研究,利用Pro/E建立60kg·m-1重轨九辊水平矫直模型,采用ANSYS Workbench对重轨矫直过程进行有限元数值模拟,通过现场矫直规程对采用现场矫直速度以及假定矫直速度得到的重轨矫后残余应力进行分析比较,得出了在其余条件不变的情况下重轨的矫直速度在1.4~1.6m·s-1的范围内其轨底矫后纵向残余拉应力小于250MPa,且残余应力分布合理,满足矫直要求,相比于现场采用的1.2m·s-1的矫直速度其生产效率最大能够提高16.7%~33.3%。     

预测长圆柱体淬火残余应力的有限元方法

利用伴随机变的热弹塑性本构方程及热传导方程，推导了计算热处理过程瞬态温度场和内应力的有限元列式。利用一组不同温度水平下的高温拉伸实验来确定构方程中的材料参数及其随温度的变化。依据上述理论及数据预报１Ｃｒ１３钢圆柱体在淬火过程中的瞬时内应力和残余应力分布。残余应力计算值与实验测定值比较，结果令人满意。     

中厚板矫直残余应力仿真

根据某热轧厂横切机组中2#矫直机(11辊辊式矫直机)的工艺参数,建立钢板在矫直过程中的三维动态有限元模型。通过仿真得到矫直过程中各辊对钢板矫直力的数据,并结合实测数据验证模型的合理性;在此模型的基础上,分析钢板在矫直过程中横截面上的应力变化规律及不同压下规程对钢板残余应力的影响,结果表明,矫直过程中,钢板应力类似于应力波的形式由轧件头部向尾部传递,其中沿矫直方向的纵向应力占主导地位,应力主要是由纵向纤维上的反复弯曲变形所产生;适当抬高1#辊的位置,即可改善矫后钢板残余应力的分布,进而提高钢板的矫直质量。     

套管的残余应力对抗挤毁强度的影响

运用弹性力学理论,建立石油套管的力学模型,通过理论和有限元计算,得到残余应力与石油套管抗挤毁强度之间的关系.研究表明残余应力在很大程度上影响着石油套管的抗挤毁强度,当切向残余应力存在时,适当的压应力明显有利于提高石油套管的抗挤毁强度,而拉应力的存在会显著降低石油套管的抗挤毁强度;当石油套管上存在轴向残余应力时,拉应力使石油套管的抗挤毁强度降低,而压应力使石油套管的抗挤毁强度有所提高;非均匀分布挤压载荷对石油套管抗挤毁强度的影响同均匀分布载荷相似.因此,为了提高石油套管的抗挤毁强度,应根据管体的受力状态,使石油套管的管体上产生最佳的残余应力,提高石油套管的抗挤毁强度,延长使用寿命.     

套管修复焊接残余应力三维有限元模拟

套管修复是一种重要的在役焊接修复技术,然而在操作过程中由于内压和温度场的影响会不可避免地产生焊接残余应力,对应力腐蚀开裂造成很大的影响。本文采用有限元法对套管修复产生的焊接残余应力进行研究,编写了套管修复纵向双工焊接和环向焊接的移动热源子程序,与套管内压进行耦合计算,得到了套管温度场及应力场分布规律。结果表明,环焊缝焊接接头处产生的环形应力最大,轴向应力次之,径向应力最小。内管上纵焊缝区域的残余应力很小,对内管强度不产生影响。在套管纵焊缝和环焊缝的T型接头处的应力水平较高,已经达到材料屈服强度,成为最薄弱环节,应该引起足够的重视。     

低碳钢管道焊接残余应力有限元分析

利用ＡＤＩＮＡ非线性分析有限元程序,对低碳钢管道环焊缝接头焊接残余应力进行有限元分析。在热弹塑性分析中考虑了材料热物理和力学性能依赖于温度变化。结果表明：在管道接头内表面焊缝中心及近缝区轴向和环向残余应力均为拉应力,随离开焊缝距离的增加,逐渐过渡为压应力。在管道接头外表面焊缝中心处的轴向残余力为压应力,而环向残余应力为拉应力。计算预测值和实侧值基本一致,表明有限元法能够经济而有效地预测管道环焊缝接头的焊接残余应力。     

热轧高强度钢板矫直前后残余应力分布的研究

针对热轧钢板产品常出现的旁弯、翘曲等板形质量问题,通过盲孔法测量钢板矫直前以及粗矫直、精矫直后的残余应力分布来分析矫直工艺对钢板残余应力分布的影响,以便改善热轧钢板产品的质量。实测结果表明：矫直前钢板宽度方向残余应力很不均匀,并且在钢板边部存在残余压应力使钢板出现边浪等板形不良的情况;经过粗矫直后应力值分布不均减小;在精矫直后应力值进一步减小并且分布趋于均匀。而同一矫直工序中钢板长度方向不同位置残余应力分布也不同,其中钢卷中部的残余应力值为最小。     

基于有限元的三向角焊缝残余应力分析

对大型金属结构中常见的三向正交角焊缝的焊接过程进行了有限元模拟。选用四种不同的焊接顺序，对焊接过程中的温度场分布情况进行了分析，并对各焊接工序下的焊接残余应力进行了计算，讨论了边界约束和焊缝对焊接残余应力的影响。     

Using Finite Element and Contour Method to Evaluate Residual Stress in Thick Ti-6Al-4V Alloy Welded by Electron Beam Welding

This work was to reveal the residual stress profile in electron beam welded Ti-6Al-4V alloy plates(50 mm thick) by using finite element and contour measurement methods.A three-dimensional finite element model of 50-mmthick titanium component was proposed,in which a column–cone combined heat source model was used to simulate the temperature field and a thermo-elastic–plastic model to analyze residual stress in a weld joint based on ABAQUS software.Considering the uncertainty of welding simulation,the computation was calibrated by experimental data of contour measurement method.Both test and simulated results show that residual stresses on the surface and inside the weld zone are significantly different and present a narrow and large gradient feature in the weld joint.The peak tensile stress exceeds the yield strength of base materials inside weld,which are distinctly different from residual stress of the thin Ti-6Al-4V alloy plates presented in references before.     

用有限元法分析石油套管的椭圆度对承载能力的影响

在石油套管生产过程中产生的椭圆度明显影响套管的承载能力,但是,这个问题一直没有引起人们的充分重视而加以解决。为此,根据弹塑性力学理论,建立套管的力学模型,通过有限元方法定量分析了椭圆度对套管承载能力的影响。研究结果表明,椭圆度在很大程度上影响着套管的承载能力。因此,为了提高套管的承载能力,必须尽量降低管体的椭圆度。     

滚轮滚挤压过程的有限元建模与分析

在试验研究的基础上,通过非线性有限元软件MSC.Marc采用Johnson-Cook流动应力模型对滚轮滚挤压45号钢进行了二维有限元数值模拟,从微观角度了解滚轮滚挤压变形机理并得出在特定条件下滚轮滚挤压后工件表面的残余应力分布;从车削残余应力的角度分析了车削加工对滚挤压效果的影响.模拟结果表明工件最表层的车削拉伸残余应力在滚挤压后转变成了高数值压缩残余应力,它延缓了零件表层疲劳裂纹的萌生和扩展,说明滚挤压过程能极大地改善零件性能.     

无缝钢管的矫直残余应力与压下量和温度的关系研究

采用MSC．MARC有限元软件模拟分析无缝钢管的矫直过程。研究了在满足无缝钢管直线度要求的情况下,管体残余应力与矫直压下量和矫直温度之间的关系。无缝钢管矫直过程的模拟分析和实验测试表明,无缝钢管的弹性模量（或钢级）越高,其矫直残余应力越大;适当提高矫直温度,可降低矫直残余应力,提高无缝钢管的机械性能。     

油井套管应力检测方法

综述了几种通过检测套管的应力来评价套管的运行状况的方法。分析了超声法、磁记忆法、巴克豪森效应法和磁声发射法的优缺点。分析表明,磁记忆法技术比较成熟、操作简单、灵敏度高,最易于实际应用。     

Finite Element Prediction of Residual Stress in Rhombic Dodecahedron Ti-6Al-4V Titanium Alloy Additively Manufactured by Electron Beam Melting

In this work, a three-dimensional nonlinear transient thermo-mechanically coupled finite element model (FEM) is established to investigate the variation in temperature and stress fields during electron beam melting (EBM) of rhombic dodecahedron Ti-6Al-4V alloy. The influence of the processing parameters on the temperature and residual stress evolutions was predicted and verified against existing literature data. The calculated results indicate that the interlayer cooling time has very little effect on both the temperature and stress evolutions, indicating that the interlayer cooling time can be set up as short as possible to reduce manufacturing time. It is presented that the residual stress of the intersection is higher than that of non-intersection. With increasing preheating temperature, the residual stress decreases continuously, which is about 20%-30% for every 50 °C rise in temperature. The temperature and stress fields repeated every four layers with the complex periodic scanning strategy. Both x and y-component residual stresses are tensile stresses, while z-component stress is weak compressive or tensile stress in typical paths. It is proposed that the interlayer cooling is necessary to obtain a rhombic dodecahedron with low residual stress. These results can bring insights into the understanding of the residual stress during EBM.     

钛合金铣削加工表面残余应力有限元仿真

为了分析铣削工艺参数对钛合金已加工表面残余应力的影响,根据金属切削有限元分析的相关理论,以钛合金Ti6Al4V为工件材料,建立了铣削加工的有限元模型。采用正交试验设计法对钛合金Ti6Al4V铣削仿真的工艺参数进行优化,并用极差法分析不同的铣削速度、铣削深度、铣削路径对钛合金Ti6Al4V工已加工表面残余应力的影响。研究表明:在钛合金Ti6Al4V铣削过程中,对工件已加工表面残余应力影响因素由小到大依次为:铣削深度<铣削路径<铣削速度,切削深度对已加工表面残余应力影响较小,铣削速度对已加工表面残余应力影响最大;在研究范围内,随着铣削速度的增大,已加工表面残余应力逐渐增加。     

Cu-Fe-P合金引线框架材料残余应力的有限元分析

针对微观状态下的Cu-Fe-P合金引线框架材料起皮处Fe颗粒密集区,采用弹塑性有限元方法建立力学模型分析残余应力的分布。主要研究了对施加一定位移载荷的模型卸载后Fe颗粒对材料残余应力分布规律的影响。研究发现,Cu基体和Fe颗粒界面附近两相的残余应力值很大;且在卸载前后沿载荷方向,颗粒和基体的残余应力方向相反。界面两侧的残余应力差值也因两种反向应力的作用而加大,最终导致界面处被撕裂,材料表面起皮。     

Simultaneous Determination of Flow Stress and Interface Friction by Finite Element Based Inverse Analysis Technique

A finite element based Inverse analysis technique has been developed to determine the flow stress and friction at the tool/workplace interface simultaneously from one set of material tests. The Inverse problem is aimed at minimizing the error between experimental data and predictions made by rigid-plastic finite element simulations. The ring compression test and the modified limiting dome height test (sheet blank with a hole at center stretched with a hemispherical punch) were selected for evaluating the method for bulk forming and for sheet forming, respectively. The determined flow stress data were compared with corresponding data obtained Independently using the well-lubricated cylinder compression test and hydraulic bulge test. Results show that the method discussed In the study is efficient and accurate.