大口径直缝焊管有限元仿真技术
大口径直缝焊管整圆定径工艺过程的数值模拟
2.0% 、 3.0% ， 预 期 制 品 椭 圆 度 ≤0.5% 。 通 过 编 制
的程序实现在不同模具直径下达到最优形状精度时 施压量的选择 。 大口径直缝焊管整圆算例分析最优结果见表 1。
32.0 mm， 所 对 应 的 管 坯 椭 圆 度 为 0.6% 、 1.0% 、
Байду номын сангаас
表 1 大口径直缝焊管整圆算例分析最优结果
%% 文献标识码 ： B
% 文章编号 ： 1001-2311 （2009 ）05-0070-04
Numerical Simulation of Rounding -sizing Process of Large-sized Straight Welded Pipe
Pan Xin 1， Chen Peng 1， Qian Yong 2， Li Yanfeng 2
（ 1. Material School ， Southwest Jiaotong University ， Chengdu 610031 ， China ；
2. Bohai Equipment Steel Pipe Manufacture Co. ， Ltd. ， CNPC ， Qingxian 062658 ， China ）
0 引
言
当前国际上建造高压管线的一些技术标准已明 确规定 ， 不能采用螺旋焊管来建造高压输送天然气 管线和海底管线 ， 目前这些管线多采用直缝焊接钢 管 。 根据管坯成型方法的不同 ， 大口径直缝焊管
［1］
行 ， 并造成裂纹 、 残余应力等焊接缺陷 ， 如图 1 所 示 。 残余拉应力是引起应力腐蚀开裂的主要原因之 一 。 为消除这些影响 ， 直缝焊管生产过程中多采用 机械扩径的方法来改善焊管的几何形状 ， 但由于少 量大口径直缝焊管断面的椭圆度较大 ， 很难完全满 足某些客户的特殊要求 。 文献 ［2 ］ 提出了一种整圆的方法 ： 对椭圆形焊 管沿长轴方向对径加压 ， 使焊管发生塑性变形 ， 长 轴变短 ， 短轴变长 （ 图 2 ）， 经过多次整圆力计算 ， 加载及检测 ， 来达到整圆的目的 。 但这种整圆方法 效率较低 ， 而且对模具未作要求 。 因此 ， 为了弥补 机械扩径的不足 ， 改善文献 ［2 ］ 所介绍的整圆工艺 ， 提出用 2 个半圆形模具对焊管施压 ， 使其周长产生
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》范文
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》篇一一、引言随着工业技术的快速发展，大口径直缝焊管在石油、天然气、水务等工程领域的应用越来越广泛。
JCOE成形技术作为直缝焊管生产的关键工艺，其成形的精度与质量直接影响到管材的使用性能和安全性。
因此，对大口径直缝焊管JCOE成形过程进行集成模拟及残余应力场分析，对于优化生产流程、提高产品质量具有重要意义。
本文将详细介绍大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟的过程，并对其残余应力场进行分析。
二、大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟1. 模拟流程大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟主要包括以下几个步骤：建立几何模型、设定材料属性、划分网格、施加边界条件、设定成形工艺参数以及进行数值模拟。
首先，根据实际生产需求，建立精确的几何模型；其次，设定合理的材料属性，包括弹性模量、屈服强度等；然后，对模型进行网格划分，以便更好地进行数值计算；接着，根据实际生产情况，施加必要的边界条件；最后，设定JCOE成形工艺参数，进行数值模拟。
2. 模拟结果分析通过集成模拟，我们可以得到大口径直缝焊管JCOE成形过程中的应力、应变、温度等分布情况。
分析这些数据，可以了解成形的全过程，包括材料的流动、应力的传递等。
此外，还可以通过模拟结果预测可能出现的缺陷，如裂纹、翘曲等，为实际生产提供指导。
三、残余应力场分析1. 残余应力的产生在大口径直缝焊管JCOE成形过程中，由于材料的不均匀性、温度变化等因素，会产生残余应力。
这些残余应力对管材的性能和使用寿命有着重要影响。
因此，对残余应力场进行分析具有重要意义。
2. 残余应力场的测定与分析为了测定和分析残余应力场，可以采用X射线衍射法、中子衍射法等方法。
通过这些方法，可以获得残余应力的分布情况。
结合JCOE成形的模拟结果，可以进一步分析残余应力的产生原因及影响因素。
3. 残余应力对管材性能的影响残余应力对大口径直缝焊管的性能和使用寿命有着重要影响。
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》篇一一、引言大口径直缝焊管是工业制造领域中的一种重要构件，具有广泛应用，尤其在油气管道、供水工程、电焊钢构件等方面起着重要作用。
JCOE成形技术作为其主要的制造方法，具有高效率、高精度等优点。
然而，在制造过程中，由于材料特性、工艺参数和结构复杂性等因素的影响，大口径直缝焊管常常会遇到一些难题，如残余应力场的分布和优化等。
本文针对这一现实需求，进行了大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟以及残余应力场分析。
二、大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟JCOE成形技术主要分为卷制、端部预弯、焊缝形成等步骤。
针对这一过程，我们采用了数值模拟技术进行集成模拟。
通过ANSYS等软件平台，建立了一系列有限元模型，实现了大口径直缝焊管从原料到成品的全流程模拟。
在模拟过程中，我们重点考虑了材料性能、环境条件以及工艺参数对成形的具体影响。
（一）材料性能的考虑材料性能是影响JCOE成形效果的关键因素之一。
在模拟中，我们详细考虑了材料的弹性模量、屈服强度、抗拉强度等关键参数，并基于这些参数对成形过程进行了精确模拟。
（二）环境条件的考虑环境条件也是影响成形的重要因素。
我们在模拟中充分考虑了温度、湿度等环境因素对材料特性和成形效果的影响，使得模拟结果更接近真实情况。
（三）工艺参数的考虑在工艺参数方面，我们详细分析了卷制速度、加热温度、压力等参数对JCOE成形的影响，为优化成形过程提供了有力支持。
三、残余应力场分析残余应力是影响大口径直缝焊管性能的重要参数。
因此，对残余应力场的分析尤为重要。
通过实验与模拟相结合的方法，我们对残余应力的产生、分布及变化规律进行了深入分析。
（一）残余应力的产生机制我们首先从材料的角度出发，分析了残余应力产生的内在机制，如材料的相变、不均匀冷却等。
同时，也考虑了外部因素如温度变化、机械载荷等对残余应力的影响。
（二）残余应力的分布情况在分析残余应力分布时，我们通过实验测量和模拟结果对比，得出了在不同工艺条件下，残余应力的分布情况及其变化规律。
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》篇一一、引言大口径直缝焊管在众多领域，如油气运输、水利工程、市政建设等都有广泛应用。
而JCOE成形技术因其能够生产出高质量、高强度的直缝焊管而备受关注。
本文将通过集成模拟的方式对大口径直缝焊管JCOE成形过程进行深入的研究，同时分析其残余应力场的特点和影响因素，为实际生产提供理论依据和指导。
二、JCOE成形技术概述JCOE成形技术是一种利用钢板卷曲、焊接和扩张等工艺生产大口径直缝焊管的技术。
该技术具有生产效率高、焊缝质量好、产品强度高等优点，因此广泛应用于各类工程建设中。
三、大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟（一）模拟方法及模型建立本部分将采用有限元法对大口径直缝焊管JCOE成形过程进行模拟。
首先，建立三维有限元模型，包括钢板材料、焊缝形状等参数的设置。
然后，根据实际生产过程中的工艺参数，如卷曲速度、焊接温度等，对模型进行加载和求解。
（二）模拟结果分析通过对模拟结果的分析，我们可以了解到JCOE成形过程中，钢板的变形情况、焊缝的形成过程以及残余应力的分布情况等。
这些信息对于我们优化生产过程、提高产品质量具有重要意义。
四、残余应力场分析（一）残余应力的产生及影响因素在JCOE成形过程中，由于材料的不均匀性、温度变化等因素，会产生残余应力。
这些残余应力会对管道的力学性能和使用寿命产生影响。
影响因素包括材料性能、成形工艺、温度等。
（二）残余应力场的分布特点通过对模拟结果的分析，我们可以了解到残余应力场的分布特点。
在JCOE成形过程中，残余应力主要分布在焊缝附近和管道的弯曲部位。
这些部位的残余应力较大，容易引发管道的变形和裂纹等问题。
五、优化措施及建议针对大口径直缝焊管JCOE成形过程中的残余应力问题，本文提出以下优化措施及建议：（一）优化材料性能：选择合适的钢板材料，提高材料的均匀性和抗拉强度，以减少残余应力的产生。
（二）改进成形工艺：通过调整卷曲速度、焊接温度等工艺参数，优化JCOE成形过程，以降低残余应力。
焊缝的超声波检测与有限元仿真
焊缝的超声波检测与有限元仿真陈汉新;余刚;杨诗琪;刘岑;孙魁【摘要】为了避免超声波在检测焊缝的过程中因噪声信号干扰而导致结果的错估,首先采用MUTLI软件中的超声波衍射时差法(TOFD)来检测人为的焊缝缺陷试块,得到准确的A扫图与TOFD图像;然后利用ANSYS软件模拟仿真超声波的检测过程,根据惠更斯原理建立超声波检测的有限元数值模型.将超声波的传播过程看做对试块的加载过程,从不同的节点上施加具有时间延迟的载荷,得到声压幅值图像.对比分析实验幅值图像与仿真幅值图像,两种图像的相似度很高,证实有限元仿真方法有助于超声波对焊缝的检测.从仿真的幅值图像中可以判定实验图像中的干扰信号,对检测结果的误差分析具有很大的帮助.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2014(036)005【总页数】6页(P53-58)【关键词】超声波衍射时差法;焊缝;有限元【作者】陈汉新;余刚;杨诗琪;刘岑;孙魁【作者单位】武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205【正文语种】中文【中图分类】TB5530 引言焊接技术现在在各种领域应用十分广泛，特别是锅炉、压力容器、压力管道和各种钢结构都是采用焊接方法制造的，通过焊接加工的钢材几乎占世界钢材产量的50%以上.超声检测是提供焊接接头质量评价数据和焊缝缺陷定位的重要无损检测手段之一.TOFD技术最早是在20世纪70年代提出来的，原理是超声波在检测时会出现衍射现象，M J Silk发现了这个重要的现象并将其用到超声检测当中［1］.TOFD将探头对称分布于焊缝两侧，一个发出信号，另一个接收信号.检测到缺陷时，接收探头可以接收到直通波与反射波之间的衍射波.用Mutli软件不仅可以自由设置超声波检测过程的各种参数，还可以轻易得出A扫描信号和TOFD图像，TOFD图像是将每个A扫描的信号显示成的一维图像线条沿探头的运动方向拼接成的二维视图［2］.用有限元ANSYS软件对超声波在固体中的传播过程进行仿真建模是将要检测的试件看做是向同性均匀的［3］.超声波的传播是对物体具有声压的，所以本研究主要是将波的传播过程看做是对物件的加载过程，从而得出的仿真结果与实验室检测的结果进行对比.期望在这方面能够对超声波的检测有更多的实际帮助［4］.1 实验部分1.1 焊缝自然缺陷的分类焊缝缺陷根据其性质、特征主要分为以下6个大类：（1）裂纹：纵向与横向裂纹，弧坑裂纹与支状裂纹等.（2）孔穴：气孔，结晶缩孔，弧形坑孔等.（3）固体夹杂：夹渣，焊剂与溶剂夹渣，氧化物和金属夹杂等.（4）未焊透及未熔合.（5）形状和尺寸不良：咬边，缩沟，下榻，焊瘤，错边，烧穿，未焊满等.（6）其它缺陷：电弧擦伤，飞溅等［5］.在上述6种常见的缺陷中，肉眼可看见表面缺陷，不用检测；未熔合和未焊接在检测中很难区分开，所以不适合使用TOFD法检测，这里不作过多表述.内部缺陷包括气孔与夹杂，非内部缺陷则包括根部、边缘、焊缝表面起的纵深裂纹等.焊缝中的横向裂纹以及横向排列的气孔夹杂等通过射线检测后能得到相当精确的成像，但对于纵向排列的缺陷来说，射线检测具有很大的局限性，焊缝最上方的缺陷或者最大的缺陷会将射线底片中所有的纵向缺陷的成像掩盖［6］.因此焊缝内部缺陷的检测是本文的主要研究对象［7］.1.2 模型的建立图1是TOFD检测中5种常见的纵向自然缺陷.图1（a）纵向裂纹；图1（b）气孔与夹杂；图1（c）侧壁未熔合；图1（d）根部未焊透；图1（e）内凹与根部未融合.建模过程中首先根据要检测的的试件的尺寸建立二维模型，然后根据检测的结果在试件中勾画出缺陷模型.对于简单的裂纹气孔缺陷可以直接在ANSYS直接建模；对于侧壁、根部未熔合等不规则的缺陷可以在CAD软件上建模然后导入到ANSYS中.图1 焊缝中5种常见的纵向自然缺陷示意图Fig.1 Five kinds of common vertical natural defects in weld1.3 实验对象焊缝缺陷的TOFD法检测.检测的对象是实验室中定制的人为制作的纵向排列气孔类型的自然缺陷试件，如图2所示.实验的时候将探头沿着焊缝方向上下移动，观察其A扫图与B扫图.A扫图是将超声信号的幅度与传播的关系以直角坐标的形式显示出来，横坐标代表波的传播时间，纵坐标代表信号幅度.B扫图显示的是与声束传播方向平行且与工件的测量表面垂直的剖面.图2 缺陷试块Fig.2 Natural welding defects test block1.4 实验方法与结果将相控阵探头沿着焊缝一侧移动，在没有缺陷的时候将会在图3左边A扫图中显示探头表面、探头与楔块之间、楔块与被检测物体之间的反射波，没有缺陷回波的出现.右边的B扫图中也没有缺陷出现.当探头移动至有缺陷的位置时，此时的A扫图中不仅出现以上3种反射波，还会出现缺陷回波，B扫图中也会出现缺陷的位置，如图4所示.沿着两个缺陷范围拖动坐标指针，记录指针的几何位置与缺陷位置幅值的变化，可以预判缺陷的大小位置，将其几何示意图的形式表示出来，如图5所示.图3 无缺陷的情况Fig.3 The condition without any kind of defects图4 有缺陷的情况Fig.4 The condition with defects图5 自然缺陷的几何示意图Fig.5 Natural defects of weld geometry diagram 在检测出实际的焊缝位置出来后.用TOFD法检测该处缺陷.在试验的时候将两个探头固定在缺陷两端，如图6所示.在A扫图中已经观测出来4种波，所以用不同的灰度就可以将其表现出来，如图7所示.这样有利于方便波形的辨认与检测判定，强调的是此灰度图只是缺陷局部，而不是整体焊缝的情况.图6 TOFD检测探头分布Fig.6 TOFD detection probe distribution图7 TOFD法检测焊缝的结果图Fig.7 The results of the weld detection with the TOFD method2 仿真部分2.1 仿真原理TOFD技术是基于焊缝中裂纹的上下尖端所产生的衍射波传播的时间差值来确定裂纹尺寸的大小.在试验部分中，所选的探头具有32个晶片，可以选择其中的一系列晶片来施加特定规则的时间脉冲来控制超声波的发射角度.所以仿真的过程就是模拟超声波探头在检测试件表面上一系列特定节点上施加不同的脉冲信号［8］.仿真的重点就是在不同的节点处施加具有时间延迟的载荷，这是根据惠更斯原理［9］中，声束的角度（∂）、速度（V）、相邻晶片的时间延迟（Δt）、相邻晶片之间的距离（d）的数学关系方程（1）决定的：而脉冲激发的延时方程则通过分段函数来实现.第一个节点施加的方程是方程（2）：第N个节点施加的载荷方程是方程（3）：在特定节点施加延迟方程可以得到具有非常好指向性的波阵面，其中图8是在13个节点施加脉冲的效果.图8 具有良好指向性的波阵面图Fig.8 The good directivity of wavefront2.2 仿真结果按照焊缝自然缺陷建立的检测模型如图9所示.其中图9（a）、图9（b）、图9（c）分别表示波在1.5μs、2.5μs、3.5μs这3个不同的时刻的传播过程图.图9 不同时刻提取的传播过程图Fig.9 The spread process of different time extraction3 对比结果以及结论分析规定满屏信号的幅值为10%.以缺陷回波所占的百分比作为纵坐标，超声波传播的时间为横坐标.将TOFD法检测自然缺陷的实验结果与仿真结果对比，如图10所示.图10 两种方法的幅值对比图Fig.10 Two methods of amplitude comparison从表面波、衍射波及底面反射波三个方面来就理论计算值、实验值、仿真值进行归纳，以理论值作为标准.计算误差如表1所示.表1 三种方法的计算结果对比Table 1 Result comparison of three methods直通波／μs 误差／% 缺陷①衍射波／μs 误差／% 缺陷②衍射波／μs 误差／% 底面回波／μs 误差／%理论值 4.8 ／ 5.0 ／ 5.8 ／ 8.1／实验值 4.7 －2.1 5.1 2 5.8 0 8.2 1.2仿真值4.4 －8.3 5.1 2 5.9 1.7 8.2 1.2从表1中可以清晰的看到，直通波实验值误差为－2.1%，仿真值为－8.3%，均为负误差，试验中出现这种误差的原因很可能是因为两个探头之间的排距不够精确造成的；衍射波的实验值误差为2.0%，仿真误差几乎为0，由此可见对衍射波进行仿真的准确性，应该是TOFD法仿真的准确性；底面回波的两个误差均为1.2%，可见仿真的手段在实际检查缺陷的时候是有发挥的空间的.当然数值仿真也有其失真的一面.在试验部分，如果没有灰度图的辅助判断，直通波的幅值和衍射波的相差不大，而且容易与噪音混合.在仿真部分，直通波与衍射波的区分度很高，很容易被观察到.对超声波检测的有限元数值仿真，是本文最中心的部分，以超声波检测的过程作为载荷加载的过程来仿真是非常有效的，也是比较精确的.希望以后仿真能够在超声波检测这一行业中发挥更大的作用.参考文献：［1］郑晖，林树青.超声检测［M］.北京：中国劳动社会保障出版社，2008：137－141.ZHENG Hui，LIN Shu－qing.Ultrasonic testing［M］.Beijing：China Labor and Social Security Publishing House，2008：137－141.（in Chinese）［2］魏东，周正干.固体中脉冲超声波传播的有限差分模拟［J］.航空学报，2010（2）：387－388.WEI Dong，ZHOU Zheng－gan.Finite difference simulation of pulsed ultrasonic wave propagation in sol－ids［J］.Aeronautics，2010（2）：387－388.（in Chinese）［3］孙魁.基于超声波信号的焊缝评估研究［D］.武汉：武汉工程大学，2013.SUN Kui.The base of ultrasonic signal weld evaluation research［D］.Wuhan：Wuhan University of Engineering，2013.（in Chinese）［4］龚曙光.ANSYS软件在应力分析设计中的应用［J］.计算机辅助设计与制造，2001（7）：21－23.GONG Shu－guang.The application of ANSYS software in the 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大口径直缝焊管O成型有限元分析
目录第一章前言 (1)1.1引言 (1)1.2 UOE成型法概述 (1)1.2国内外UOE工艺发展状况 (3)1.2.1 国外发展状况 (3)1.2.2 国内研究现状 (4)1.3 UOE焊管研究新进展 (6)1.4 本文研究材质与内容 (7)1.4.1 研究材质 (7)1.4.2 研究内容 (7)第二章O 成形过程的有限元数值模拟 (8)2.1 引言 (8)2.2 O成型有限元模型的建立 (8)2.2.1 选材 (8)2.2.2 创建几何实体模型 (8)2.2.3 划分网格 (12)2.2.4 定义接触 (13)2.2.5 定义约束 (14)2.3 板料为X60的有限元分析 (14)2.3.1 O 成形过程中坯料的变形状态 (14)2.3.2 不同时间等效应力分布图 (16)2.3.3 应力-时间曲线图 (20)2.3.4 不同时间等效应变分布图 (21)2.4 小结 (25)第三章O成型过程材质的影响分析 (26)3.1 引言 (26)3.2 O成型有限元模型的建立 (26)3.3 板材为X70的有限元分析 (27)3.3.1 不同时间等效应力分布图 (27)3.3.2 应力-时间曲线图 (30)3.4 小结 (34)第四章O成型过程板材厚度影响分析 (35)4.1 引言 (35)4.2 板材厚度为22mm的有限元分析 (35)4.2.1 创建几何实体模型 (35)4.2.2 网格划分 (37)4.2.3 定义约束 (38)4.2.4 有限元模型结果分析 (38)4.3 板材厚度为40mm的有限元分析 (41)4.3.1 创建几何实体模型 (41)4.3.2 有限元模型结果分析 (42)4.4 板材厚度为50mm的有限元分析 (44)4.4.1 创建几何实体模型 (44)4.4.2 有限元模型结果分析 (45)4.5 小结 (47)第五章结论 (48)参考文献 (49)致谢 (50)第一章前言1.1 引言O成型是UOE成型法中的重要一环，而UOE成型法已在世界得到广泛运用。
基于有限元仿真的钢管压力矫直方案设计
基于有限元仿真的钢管压力矫直方案设计一、引言：介绍研究背景、意义、钢管压力矫直的现状以及论文的研究目的和内容等。
二、相关理论和技术：综述有限元仿真技术及其在钢管压力矫直过程中的应用。
介绍钢管力学特性及其影响因素，矫直力和矫直弯矩计算方法，有限元模型建立及其参数的选择等。
三、有限元仿真分析：根据实际钢管的几何形状参数，建立对应的有限元模型，并进行载荷施加仿真分析。
分析不同矫直参数与结果之间的关系，得出预测的矫直结果及其对应的变形状态和残余应力。
四、优化方案设计：在理论分析的基础上，综合考虑各种因素，设计出可行的钢管压力矫直方案。
对方案进行优化设计，确定最终实现的矫直力和矫直弯矩，并给出矫直钢管之后的受力情况，以及与有限元仿真分析的结果进行对比。
五、结论：总结本文的研究内容和成果，阐述其对于工程实践的意义，并提出一些改进和展望的方向。
第一章引言近年来，钢管压力矫直技术在工业领域中得到了广泛的应用。
它是将钢制或铜制管材经过加工后，通过机械装备，施加极大的压力及弯力，将曲率弯曲矫正成直线形的一种工艺。
该技术具有矫直效果好、矫直后管材平整度高、经济效益等优点，可以有效地提高管道的质量。
但是，钢管压力矫直也存在一些问题，如管子变形，残余应力等，这些问题会影响到管道的使用寿命和安全性。
因此，设计钢管压力矫直方案时需要借助于模拟和仿真以提高矫直质量和安全性。
本文将从有限元仿真的角度出发，对钢管压力矫直进行研究。
本文的主要研究内容有：建立钢管压力矫直的有限元模型，研究钢管力学特性及其影响因素，计算矫直力和矫直弯矩，预测矫直结果以及残余应力和变形状态，并最终给出可行的矫直方案。
这些研究成果将为钢管压力矫直的优化设计提供借鉴，提高矫直效率和质量。
第二章相关理论和技术2.1 有限元仿真技术有限元仿真技术是通过数值计算方法，将物理现象进行模拟，在计算机上生成数值模型，并对模型进行计算，得出一系列相应的模拟数据或结果的数学理论和工程技术。
高钢级厚壁直缝埋弧焊管JCO成型下压量的有限元模拟及理论计算
高钢级厚壁直缝埋弧焊管JCO成型下压量的有限元模拟及理论计算杨延华【摘要】The stress and strain distribution of?1219 mm×33 mm X80 high grade heavy-wall longitudinal submerged arc welded (LSAW)pipes during JCO forming process was simulated by finite element methods (FEM).The results show that both the stress and strain distributed symmetrically from the middle of the up die,and both the maximum equivalent stress and the maximum equivalent strain located at inner and outer surface crossing to the middle line of the pressed plate.With the increase of absolute value of displacement loads,the equivalent stress and strain also increased,and when the displacement load h=18 mm, the maximum equivalent strain of the section of the pressed plate had been yielded.And the deforming displacement of the forming process was calculated as h=17.8 mm theoretically which was very close to the results of FEM simulation.%采用有限元方法研究分析了?1219 mm×33 mm规格X80高钢级厚壁直缝埋弧焊管JCO 成型过程中的应力和应变分布.结果表明:在该过程中,应力和应变均以钢板与上模具下压点为中心呈左右对称分布,最大等效应变和最大等效应力均位于弯曲处内外表面;随着位移载荷绝对值的增加,最大等效应变和最大等效应力也随之增加,当位移载荷h=18 mm时,模型最大等效应变达到屈服状态.采用理论计算方法得到该规格钢管的理论成型下压量h=17.8 mm,与有限元模拟计算结果非常接近.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2017(053)012【总页数】5页(P866-870)【关键词】高钢级厚壁管;直缝埋弧焊管;JCO成型;有限元模拟;理论计算【作者】杨延华【作者单位】西安航空学院,西安 710077【正文语种】中文【中图分类】TG386.3管道输送是石油和天然气最经济、最合理的运输方式。
直缝埋弧焊接钢管JCO弯曲成型有限元模型浅析
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ Ｊ ＣＯ ｆ ｏ ｒ ｍｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｂ ｅ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｔ ｈ ｏ ｆ Ｊ Ｃ Ｏ ｆ ｏ ｍｉ ｒ ｎ ｇ ｈ ａ ｓ ｎ ｏ ｔ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｅ ｔ ｅ ｍｉ ｒ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｓ ｔ ｅ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｐ ｉ ｐ ｅ ｆ ｏ ｍｉ ｒ ｎ ｇ ． Ａｆ ｔ ｅ ｒ ｃ ｅ ｒ ｔ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｆ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｓ ｔ ， ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ， ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｉ ｄ ｅ ａ ｆ ｏ ｒ Ｓ ＡＷ Ｌ ｐ ｉ ｐ ｅ ｏｒ ｆ ｍｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ．
《2024年大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》范文
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》篇一一、引言随着工业技术的不断发展，大口径直缝焊管在石油、天然气、化工、水务等工程领域的应用越来越广泛。
其制造过程中，JCOE成形技术因其高效率、低成本和良好的成形质量而备受青睐。
然而，在成形过程中，由于材料的不均匀性、温度变化和外部约束等因素的影响，会产生残余应力场，这将对管材的性能和使用寿命产生重要影响。
因此，对大口径直缝焊管JCOE成形过程进行集成模拟及残余应力场分析具有重要意义。
二、大口径直缝焊管JCOE成形技术大口径直缝焊管的JCOE成形技术是一种常用的管材制造技术。
其基本原理是将钢板经过预弯、压平、成形等工序，再通过焊接形成直缝焊管。
该技术具有生产效率高、成本低、成形质量好等优点，广泛应用于大口径直缝焊管的制造中。
三、JCOE成形集成模拟针对大口径直缝焊管JCOE成形过程，进行集成模拟是研究其成形过程、优化工艺参数和预测产品质量的重要手段。
集成模拟主要包括有限元分析、数值模拟和物理模拟等方法。
其中，有限元分析是应用最广泛的方法之一。
通过建立精确的有限元模型，可以模拟出JCOE成形过程中材料的流动、应力分布和温度变化等情况，从而为优化工艺参数和预测产品质量提供重要依据。
四、残余应力场分析在JCOE成形过程中，由于材料的不均匀性、温度变化和外部约束等因素的影响，会产生残余应力场。
残余应力场对管材的性能和使用寿命具有重要影响，因此需要进行残余应力场分析。
残余应力场分析主要包括实验测量和数值模拟两种方法。
实验测量可以通过X射线衍射法、中子衍射法等方法进行；数值模拟则可以通过有限元分析等方法进行。
通过残余应力场分析，可以了解管材的应力分布情况，为优化工艺参数和预测产品质量提供重要依据。
五、大口径直缝焊管JCOE成形过程中的残余应力场特点在大口径直缝焊管JCOE成形过程中，由于材料的塑性变形和温度变化等因素的影响，会产生复杂的残余应力场。
其中，环向残余应力和纵向残余应力是主要的残余应力类型。
大口径X80钢应变极限有限元分析
大口径X80钢应变极限有限元分析通过Gurson损伤模型和基于应变的断裂评估方法，建立了有限元模型，模拟不同裂纹深度、长度下X80管道对应的拉应变极限。
通过分析可知，在裂纹较浅时，随着裂纹长度的增加，管道拉应变极限变化不大；在裂纹较深时，管道拉应变极限随着裂纹长度的增加而降低；对于相同裂纹长度，随着裂纹深度的增加，管道拉应变极限降低。
标签：X80；应变钢；应变极限；有限元分析引言随着石油天然气勘探开采技术的提高，管道穿越地域越来越广，地形地貌愈加复杂，地理环境愈加多变。
地震、冻胀、滑坡、泥石流、长距离悬跨等逐渐成为管道建设和运行面临的挑战[1-3]。
现行的国内外大多数管道设计标准都是基于应力设计准则，为管道运营提供了一定的安全保障。
但对于诸如地震、滑坡、海底管道敷设等位移控制载荷的管道设计，管道应力已超过屈服极限，基于应力的设计准则已不再适用。
建立在极限状态设计思想和位移控制载荷的作用基础上的应变设计准则认为，对于位移控制载荷为主载荷的管段，在保证管道安全运营的前提下，允许管道发生一定的塑性变形，但仍能满足生产要求，充分发挥管道的能力[4-6]。
国外现行的标准如DNV F101、CSAZ 662、API RP 1111、ASME B31.8等都涉及到基于应变的设计准则。
近年来一些研究者提出了多种具有借鉴意义的基于应变的设计准则，大型有限元软件分析和全尺寸试验成为探索应变设计的主要方式。
在基于应变驱动力方程的断裂评估中，含缺陷管道的失效分为由韧带塑性失稳引起的整体失效和裂纹不稳定扩展导致的局部失效。
对于金属材料的韧性撕裂，从上个世纪50年代就开始研究，到目前为止已经有很多断裂模型被相继提出，并取得了丰硕的成果，其中，Gurson TvegrardNeedleman（GTN）损伤模型是到目前为止，发展最为成熟的基于细观力学的韧性撕裂损伤理论模型之一[7-8]。
文章基于材料损伤理论，建立全尺寸管道的韧性撕裂有限元模型，为大范围屈服条件下的管道断裂分析提供手段。
UOE焊管成形三维有限元模拟
UOE焊管成形三维有限元模拟任强;李大永;邹天下;彭颖红【摘要】In this study, the three-dimensional finite element model of the UOE forming process has been established. The large deformation and complex contact during UOE forming process are simulated, and the spring back after forming is also calculated. The deformed geometries of different steps as long as distribution of the equivalent plastic strain and the force are obtained. The research is helpful in UOE forming process design and evaluating the capability of the pipe mill.%建立了UOE焊管成形过程的三维有限元模型,模拟具有大变形和复杂接触的成形过程,分析板料各个成形段的回弹,获得了不同成形段板料的变形构形、等效塑性应变分布以及成形载荷的变化。
研究结果可为UOE工艺设计以及评估成形机组制管能力提供指导。
【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2011(000)006【总页数】5页(P80-84)【关键词】焊管;UOE成形;有限元方法【作者】任强;李大永;邹天下;彭颖红【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;机械系统与振动国家重点实验室,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;上海交通大学机械与动力工程学院,上海200240;机械系统与振动国家重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TG306;TP391.77从石油天然气管道建设项目的规划以及全球市场需求的发展趋势来看，采用UOE生产工艺的大口径、大壁厚、高钢级长输管道用直缝焊管的需求量迅速增加，已成为用户青睐的产品。
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》篇一一、引言随着工业技术的不断发展，大口径直缝焊管在石油、天然气、水务等工程领域的应用越来越广泛。
JCOE成形技术作为直缝焊管生产过程中的关键工艺，对产品质量及性能起着决定性作用。
为了更精确地掌握其成形过程及残余应力分布，本文利用集成模拟技术对大口径直缝焊管JCOE成形过程进行了深入探讨，并对残余应力场进行了详尽的分析。
二、JCOE成形技术概述JCOE成形技术是一种通过挤压和扩张使钢板形成直缝焊管的工艺方法。
该技术以其高效率、低能耗及高精度的特点在直缝焊管生产中得到了广泛应用。
然而，在成形过程中，由于材料的不均匀性、温度变化及内外压差等因素的影响，会产生较大的残余应力，对管材的力学性能和使用寿命产生重要影响。
三、大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟针对大口径直缝焊管JCOE成形过程，我们采用了集成模拟技术。
该技术结合了有限元分析、流体动力学分析以及热力耦合分析等多种方法，对成形过程中的材料流动、温度变化、应力分布等进行了全面模拟。
通过模拟，我们可以更直观地了解成形过程中的各种现象，为优化工艺参数提供了有力支持。
四、残余应力场分析在JCOE成形过程中，由于材料的不均匀变形和温度变化等因素，会产生残余应力。
为了了解残余应力的分布情况及对管材性能的影响，我们进行了详细的残余应力场分析。
首先，我们通过对模拟结果进行后处理，得到了不同截面的残余应力分布云图。
分析表明，残余应力在管壁不同位置存在较大差异，特别是在焊缝附近，由于焊接过程中的热循环影响，残余应力较大。
其次，我们通过实验测试了管材的残余应力。
实验结果表明，模拟结果与实际测试结果基本一致，验证了模拟方法的可靠性。
同时，我们还发现残余应力对管材的力学性能具有重要影响，过大的残余应力可能导致管材在使用过程中发生变形或破裂。
五、结论通过对大口径直缝焊管JCOE成形过程的集成模拟及残余应力场分析，我们更深入地了解了成形过程中的材料流动、温度变化及应力分布情况。
UOE成型大口径直缝焊管工艺及主要设备介绍
【摘要】本文主要介绍了uoe成型大直径直缝焊接钢管生产的主要设备。
对相应部件主要制造难点也做了简要说明。
【关键词】 uoe成型焊管制造uoe成型工艺是生产大口径直缝焊管的一种重要工艺。
大口径直缝焊管是指直径大于508mm（20英寸）的直缝焊接钢管，产品主要为石油天然气输送用管线管。
大口径直缝埋弧焊管成型方法主要有uoe法、排辊成型法、辊弯成型法、jcoe成型法、c成型法、hu一metal成型法、以及pfp渐进式模压或折弯成型法等。
而uoe成型工艺是目前世界上应用最多、最成熟、质量最被认可的大口径直缝埋弧焊管生产工艺。
本文将以宝钢uoe生产线为例，对uoe成型工艺和主要设备进行简要介绍。
1 uoe工艺简介uoe成型工艺技术成熟、可靠，产品质量好，品种规格多，产量高。
虽然投资高，但是当要求年产量在20～30万以上时，uoe成型工艺为首选。
uoe生产工艺是焊管成型过程中的三个重要工序的第一个字母（u-ingpress、o-ingpress、expanding），即是将预弯边的钢板先在u成型机内由压模压成u型，然后在o成型机内压成o型，待o型管筒焊接后再进行扩径加工的生产工艺。
uo成型过程如图1所示，即钢板进行预弯边（c成型）→u成型→o成型。
宝钢uoe项目的工艺为：钢板上料区（1区）-引弧板焊接区（2区）-铣边区（3区）-预弯区（4区）-u成型区（5区）-o成型区（6区）-钢管焊缝清洗装置（7区）-烘干炉区（8区）-预焊机（9区）-预焊缝检查台（10区）-内焊区域（11区）-钢管内部清洗装置（12区）-外焊机区域（13区）-引弧板切除区（14区）-超声波检查（16区）-x光检查处（17区）-机械扩径区（标段二）。
本文仅对标段一进行叙述。
2 主要设备介绍2.1 铣边机为提高钢管的焊接质量，在直缝焊管成型之前，关键性的一步就是将带钢精确加工成要求的宽度。
另外根据带钢的不同厚度，将带钢两侧加工出合适的焊接坡口。
基于有限元仿真的钢管压力矫直方案设计
基于有限元仿真的钢管压力矫直方案设计方剑辉;王占军【摘要】利用ANSYS软件对钢管矫直过程进行仿真.使用参数化建模,实现不同材料、不同尺寸以及不同初始弯曲挠度的钢管的压力矫直仿真.针对初始弯曲挠度大的钢管,在保证其不发生破坏的前提下进行多次矫直,并且使用APDL语言进行编程,实现矫直仿真的自动进行,最后得出矫直方案,为实际操作提供帮助.进行实例分析,结果表明程序是可行的.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2014(049)002【总页数】4页(P65-68)【关键词】矫直工艺;压力矫直;ANSYS;仿真;APDL编程;多次矫直【作者】方剑辉;王占军【作者单位】河海大学机电工程学院,江苏常州213000;河海大学机电工程学院,江苏常州213000【正文语种】中文【中图分类】TG386.431 前言在管材压力加工过程中，由于受轧制、锻造、挤压、拉拔、运输、冷却或热处理等因素的影响，管材会产生弯曲或者扭曲变形。
为了消除这些弯曲缺陷，管材需要进行矫直。
矫直过程是一个相当复杂的弹塑性变形过程，现在人们还无法对各种矫直方法给出精确的描述。
而且，许多矫直机的工艺参数的设定还主要依赖于工人的经验，不同的操作工人设定的工艺参数不尽相同，产品质量很不稳定。
一些学者[1-3]以弹塑性力学理论为基础，进行一些假设和简化，推导并建立了一些计算过程的数学模型，能够达到一定的计算精度。
现阶段，钢管压力矫直的大部分理论研究基于以下几方面的假设和简化[4]：①连续性假设。
认为组成固体的物质不留空隙地充满了固体的体积。
②均匀性假设。
认为在固体内到处有相同的力学性能。
③各向同性假设。
认为物体内各点的介质的力学特性是相同的，各点各方向的性质是相同的。
变形体内的各质点各个方向上的力学性能、物理性能均相同，不随坐标的变化而变化。
④假设物体没有初始应力，其之后的变形皆是由外力作用引起的。
⑤忽略重力。
由于重力与受到的面力相比非常小，理论计算时忽略重力。
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》范文
《大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟及残余应力场分析》篇一一、引言随着工业技术的不断发展，大口径直缝焊管在石油、天然气、水务等工程领域的应用越来越广泛。
JCOE成形技术作为直缝焊管生产中的关键工艺，其成形过程及残余应力场的分析对于提高产品质量、优化生产流程具有重要意义。
本文旨在通过集成模拟技术对大口径直缝焊管JCOE成形过程进行模拟，并对其残余应力场进行分析，以期为实际生产提供理论依据和技术支持。
二、JCOE成形技术概述JCOE成形技术是一种用于生产大口径直缝焊管的成型工艺。
该技术通过将钢板经过多次弯曲、矫直和焊接等工序，最终形成具有特定形状和尺寸的直缝焊管。
该技术具有生产效率高、成本低、产品性能稳定等优点，因此在工程领域得到广泛应用。
三、大口径直缝焊管JCOE成形集成模拟（一）模拟方法与模型建立本文采用有限元法对大口径直缝焊管JCOE成形过程进行模拟。
首先，建立三维模型，包括钢板、模具和焊接过程等。
然后，设定材料属性、边界条件和加载条件等参数，建立完整的模拟模型。
（二）模拟过程与结果分析在模拟过程中，通过逐步施加外力，使钢板发生弯曲、矫直和焊接等过程。
通过观察和分析模拟结果，可以了解JCOE成形过程中应力的分布和变化情况，以及成形的质量和精度。
同时，还可以通过调整工艺参数，优化成形过程，提高产品质量。
四、残余应力场分析（一）残余应力产生原因及影响在JCOE成形过程中，由于材料的塑性变形和热处理等因素，会产生残余应力。
残余应力对直缝焊管的性能和使用寿命具有重要影响。
如果残余应力过大，可能导致管件发生变形、开裂等质量问题。
因此，对残余应力场进行分析具有重要意义。
（二）残余应力场分析方法与结果本文采用X射线衍射法对大口径直缝焊管的残余应力场进行分析。
通过测量不同位置的X射线衍射峰的偏移量，可以计算出残余应力的分布和大小。
分析结果表明，JCOE成形过程中产生的残余应力主要分布在焊缝附近和管壁内部。
其中，焊缝附近的残余应力较大，可能对管件的力学性能产生不利影响。
直缝焊管裂纹扩展过程有限元数值模拟
第 ２期
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２ ０ １ ３年 ４月
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｔ Ａ Ｉ Ｙ Ｕ Ａ Ｎ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ Ｏ Ｆ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ ＨＮ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
重要。
近， 但也不宜太远 ， 因为式 （ １ ）已略去 ｒ 的高阶项 。
设 裂纹 表 面两 点距 裂 纹尖 端 ｒ 和ｒ ２ 两点 位 移分 别
为／ ３ 和 ， 计算
由于有 限元 方法 的发展 日趋 成 熟 ， 运 用 有 限 元
理论 ， 以非线性有限元 分析软件 Ａ Ｂ Ａ Ｑ Ｕ Ｓ为平台 ，
作者简 介： 彭英 （ １ ９ ７ ９一） ， 女， 讲师 ， 主要研究 方向为裂 纹扩 展。
第３ ４卷
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Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ Ｔ Ａ Ｉ Ｙ Ｕ Ａ Ｎ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ Ｏ Ｆ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ Ａ Ｎ Ｄ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
文章 编 号 ： １ ６ ７ ３— ２ ０ ５ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ２—０ １ ４ ７—０ ５
无 限大 功 能 梯 度 材 料 反 平面 裂 纹 应 力 场
胡 志新 ， 张雪霞， 李 婵
（ 太原科 技 大 学应 用科 学 学院 ， 太原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
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关键词: 大口径直缝焊管; 有限元仿真; UO /UO E; JCO /JCOE; RB /RBE 中图分类号: TG 45716 文献标识码: A 文章编号: 1001- 196X ( 2008) 04- 0001- 06
F in ite elem ent sim u lation of large d iam eter straight- w eld p ipe form ing
2008 No1 4
# 专题综述 #
重型机械
# 1#
大口径直缝焊管有限元仿真技术
高 颖 1, 2, 李 强 1, 2
( 11 燕山大学机械工程学院, 河北 秦皇岛 066004; 21 河北科技大学材料科学与工 程学院, 河北 石家庄 050054)
摘 要: 大口径直缝焊管在油气输送领域有着广泛 的应用, 掌握大口径直缝焊管的核 心制造技术 对发展我国管线钢钢管制造业有着重要意义。介绍了大 口径直缝焊管的成形方法, 综述了 有限元仿真 技术在大口径直缝焊管生产领域的近 期研究口径直缝焊管成形技术
大口径直缝焊管的焊接工艺主要采用埋弧焊 技术, 所以大 口径 直缝埋 弧焊管 简写 为 LSAW ( large diam eter long itudina l seam subm erged arc w e lded), 按成型方式的不同分为 UO /UOE、 PFP ( JCO / JCOE) 、 RB /RBE 等。 UO /UOE 工 艺是目 前世界上应用最多、最成熟、质量最被认可的大 口径直缝埋弧焊管生产工艺。在加工时, 首先将 钢板边部预先 弯曲, 然后分 别在 U 成型 机和 O 成型机内压成 U 形和 O 形。再将 O 形管筒焊接 后进行扩径 ( Expand ing ) 加工。 UO /UOE 制管工 艺投资大, 产量高, 生产效率高, 适合单一规格
Sh ijiazhuang 050018, China)
Ab strac t: L arg e- sized stra ight w elded p ipes are w ide ly used in o il and g as transm ission p ipeline. It is sign if-i cantly im po rtant to deve lop steel pipe m ak ing techno logy. T he paper rev iew s the pipe fo rm ing process, the recent ach ievem ent o f fin ite e lem ent simu la tion in larg e d iam eter pipe, and its dev elopment trend. K ey words: large diam eter stra ight-we ld pipe; finite elem ent sim ulation; UO /UOE; JCO / JCOE; R B /RBE
对于工程问题的研究通常有理论解析、实验
2008 No1 4
重型机械
# 3#
研究、数值模拟三种基本方法。 理论解析主要通过采用各种假设, 依据相关
基本理论建立数学模型并求出解析解。但焊管的 UOE、 JCOE 弯曲以及焊接、扩径等材料加工过 程是非常复杂的, 在成形过程中发生的一些物理 现象 (包括金属的流动、接触面上的摩擦、变形 过程中应力应变的变化情况、材料显微组织和性 能与过程条件之间的关系等 ) 都很难预测和定量 分析, 难以用定量关系来描述。
实验研究可以得到在一些实际模型和具体工 艺参数下的实际数据, 以建立经验公式或图表指 导与实验状况相近的生产过程, 或者对理论研究 和数值模拟研究结果的正确性进行校验。但由于 完全采用实物试验时调试周期长, 实验费用高, 具有很大的局限性。
数值模拟在理论分析的指导下, 以实验研究 为基础, 充分利用其优势, 较好的克服了理论与 实验研究方法的不足, 起到了缩短试验时间, 节 省试验耗材, 降低人力物力消耗, 降低生产成本 的效果, 可以解决传统方法无法解决的问题。其 中有限元方法应用最为广泛。它采用离散化的数 值计算方法, 将连接的物体离散化, 分解为由有 限个单元组成的高效化模型, 并借助计算机针对 复杂的工程问题抽取数学模型, 然后用数值分析 方法, 得到满足工程要求的数值解。与其它数值 模拟方法 (包括有限差分法、边界元法和蒙特卡 洛法 ) 相比, 具有概 念清 晰, 单 元网 格划 分形 象、直观, 不受物体几何形状、边界条件和物理 特性的限制、适用性强、非常灵活、容易掌握等 优势 [ 19~ 21] 。
3 大口径直缝焊管成形技术研究方法
我国大口径直缝焊 管的制造 技术主要 采用 UOE、 JCOE生产工艺。由于起步晚, 管坯成型、 焊接、机械扩径等关键技术水平仍然比较落后, 缺少有参考和实用价值的技术资料以及系统的技 术研究。如 UOE、 JCOE 管坯成型的纵向预弯边 是保证最终制品焊缝区域几何形状和尺寸精度的 一道主要工序, 需要确定不同规格钢管的板边曲 率和弧 长; UOE 管坯 成 形的 U、 O 弯曲 过 程、 JCOE 管坯成形的多道次压弯过程, 需要设计与 控制模具形状、成形压力、回弹变形以及压缩减 径等成形工艺参数; 对管坯逐段扩径要求最优胀 形量、扩胀力和扩胀速度及合理实用的模具结构 等参数, 以控制管坯形状和制品精度; 在合缝预 焊、内焊、外焊加工过程中, 需要优化影响焊接 性能的各工艺参数, 提高焊接质量; 管坯成型、 焊接、机械扩径等加工影响焊管残余应力的大小 及分布, 而残余应力对管道的脆性断裂、弹塑性 断裂、应力腐蚀、氢致开裂和疲劳破坏有明显影 响。因此, 加强对焊管成型工艺全面系统的研究 是钢管制造行业获得高质量的大口径直缝焊管亟 需解决的课题 [ 19 ~ 34 ] 。
收稿日期: 2008 - 06- 02; 修订日期: 2008- 06- 14 基金项目: 河北省自然科学基金项目 ( E2008000693) 资助 作者简介: 高 颖 ( 1973 - ), 女, 燕 山大学 机械 工程 学院 博士,
河北科技大学材料科学与工程学院讲师。
大型直缝焊管机组。在我国广东番禺引进一套二 手 UOE 大型直缝焊管设备之后, 河北省青县巨 龙钢管有限公司又建立了国内第一条大型直缝焊 管 JCO 成型生产机组, 并于 2002年 6月向西气 东输工程 提 供了 国内 第一 批 合格 的 国产 JCO、 X 70钢级 的大口 径直缝焊 管 [ 1] 。湖北 沙市钢 管 厂、秦皇岛万 基钢管公司也 分别在 2002、 2003 年建设了 PFP 大型直缝焊管机组 [ 1- 7] 。 2008年 1 月 31日, 全球规模最大、装备最先进的大口径 直缝 UOE 焊管生产线在宝山钢铁股份有限公司 全线联动热负荷试车成功 [ 8] 。
大批量生产。 PFP( P rogressive F orm ing Process) 成 型法, 又称渐进式多步模压成 型, 类似于 JCO / JCOE 成型技术, 首先由预弯边机将板边预先弯 曲到合适的曲率, 在 JCO 成型机上将预弯 后的 钢板的一半多次步进冲压, 压成 / J0形, 再将钢 板的另一半同样弯曲, 压成 / C0形, 最后形成开 口的 / O0形; 成型后的钢管合缝进行连续 焊接, 扩径加工。 PFP ( JCO / JCOE ) 技术 能够兼顾 大批 量与小批量、大管径与小管径, 生产规模适中, 具有良好的适应性和经济性, 但生产效率不高。 RB /RBE 辊弯成型法, 钢板在三辊或四辊之间经 多次滚压, 最终弯曲成所需的圆筒形状, 然后进 行连续 焊接、扩径。 RB /RBE 投 资 少、 产量 适 中, 市场适应性强, 但由于设备特性限制, 产品 规格范围较窄, 不能生产管径较小、厚壁或高钢 级的钢管 [ 6, 7, 9 ~ 12, 17] 。
随 着计 算机 与数值 分析 方法 的快 速发展, 有限元仿真将成为促进 大口径直缝焊 管技术发 展的重要手段。采用有限元仿真技术, 针对不 同钢板性能、钢管尺寸 及不同加工条 件下的各 工艺参数进行分 析评价, 从而可以全 面了解影 响产品最终形状、力学 性能及使用性 能的各种 因素及影响规律 [ 18] 。大口径直缝焊管计算机仿 真技术对于发展我国管 线钢钢管制造 业具有重 要意义。
开发, 即可以进行二维、三维的电、磁、热、力 等各方面线性和非线性的有限元分析, 得到需要 的结果。
具有国际现代化先 进技术装 备水平的 宝钢 UOE 直缝埋 弧焊管机组采用了当今世界上 一系 列最新技术, 开发出适于研究管线钢管生产的有 限元分析模型, 可对各种条件下的管线管生产进 行模拟计算, 通过计算可以对各种工艺参数进行 优化选择, 进而指导生产 [ 5] 。
GAO Y ing1, 2, L I Q iang1, 2
( 11Co llege ofM echan ica l Eng ineering, Y anshan U n iversity, Q inhuangdao 066004, Ch ina; 21 College o fM ater ia l Sc ience and Eng ineering, H ebe iU niversity of Sc ience and T echno logy,
意大利巴里的 G1Pa lum bo与 L1T ricarico通过 对初 始 板料 尺 寸 为 14 000 mm @ 3 000 mm @ 2715 mm的 X70 钢管 Cy U y O 成型及校 形 ( 扩 径 )过程分别建立 2D、 3D 有限元模型, 给出了 钢管各阶段的应力应变状态, 第一、二次扩径过 程 M ises应力图如图 1所示, 指出控制钢管最终 形状不仅需要初步确定出 Cy U y O 各成形阶段 合适的工艺参数, 由于校形工具的初始位置与运 动过程强烈影响管子末端截面形状及管子长度方 向变形的校正, 所以设计工艺时还必须预测出扩 径工具的影响 [ 28 ] 。