高钢级螺旋焊管成型应力有限元数值研究

采用三维有限元对高钢级螺旋焊管成型过程的应力分布进行了计算,在此基础上研究了不同钢级、不同壁厚螺旋焊管成型内辊下压量以及成型后应力。结果表明:钢高级螺旋焊管成型后应力在管体分布不均匀,除了自由边及其附近的环向应力,成型后内表面的轴向和环向应力呈压应力分布,外表面的轴向和环向应力呈拉应力分布;板材在弯曲成型过程中,处于三辊弯板区域的成型内辊下方时,成型等效应力最大,经过成型辊后板材发生回弹变形,内外表面等效应力大幅减小,中间部位等效应力略有减小,在经过外控辊时,等效应力不发生明显变化;随着钢级的提高,相同管径的螺旋焊管合适的成型内辊下压量随之增加,不同钢级螺旋焊管成型后内外表面递送边的环向应力都随钢级升高而增大;随着成型板厚度增加,合适的成型内辊下压量减小,递送边的环向应力随厚度增加而减小,轴向应力随板材厚度变化不大。研究成果可为制造低残余应力、高质量螺旋焊管提供借鉴参考。