冷弯厚壁方矩形管的残余应力研究

摘要

本文以冷弯方矩形管为研究对象，围绕Q345B冷弯方管的残余应力进行了研究。首先，通过分析冷弯成型的基本理论，利用有限元软件ANSYS建立焊接前冷弯方矩形管的有限元模型，通过模拟计算得到冷弯方矩形管的残余应力，在验证模拟结果正确性的基础上，分析了不同工艺参数对冷弯残余应力的影响;接着建立焊接段焊接过程的有限元模型，模拟了冷弯方矩形管高频感应焊接温度场，对模拟的温度场进行了实验验证，在此基础上进一步分析获得了冷弯方管焊接接头的焊接残余应力分布。研究表明，在冷弯方矩形管挤压焊接前，残余应力随着方管的厚度增大而增大，材料的屈服强度对方管残余应力影响较大，方管的残余应力随着屈服强度的增大而增大，而轧辊间距对冷弯残余应力的影响不大。方管下角出现残余应力极大值的次数多于上角，方管上角的最大残余应力出现在待焊中心附近的平板处，而不是在弯角处，方管外表面的残余应力主要为拉应力，在内表面主要为压应力或接近于零。在高频感应焊接段，焊接等效残余应力在焊缝中心最大，焊缝纵向残余应力值大于其横向残余应力，热影响区也分布有较大的残余应力，焊接热对焊缝周向15mm外的应力的影响可以忽略。

目录

声明

摘要

1．1 引言

1．2 残余应力的研究现状

1．2．1 残余应力的分类

1．2．2 残余应力的危害

1．3 残余应力的研究方法

1．3．1 理论方法

1．3．2 实验方法

1．3．3 数值方法

1．4 本文研究内容与方法

1．5 本文研究的意义

第2章 冷弯成型有限元分析的基础理论

2．1 ANSYS有限元软件的介绍

2．1．1 有限元法的简介

2．1．2 ANSYS软件的简介

2．1．3 ANSYS典型分析的基本过程

2．1．4 非线性分析

2．2 冷弯成型有限元数值模拟的基本原理

2．2．1 冷弯成型过程数值模拟的基本算法

2．2．2 接触与摩擦边界条件的处理

2．2．3 接触面和板带接触力的计算

2．3 本章小结

第3章 冷弯方矩管成型段残余应力的仿真分析

3．1 引言

3．2 冷弯方矩形管的几何模型

3．3 冷弯方矩形管的有限元模型

3．3．1 单元类型选择

3．3．2 材料参数选择

3．3．3 网格划分

3．3．4 边界条件的设置

3．3．5 虚拟成型速度

3．3．6 仿真算法的选择

3．3．7 有限元模型

3．4 有限元结果及分析

3．4．1 板料的变形形状

3．4．2 残余应力分析

3．5 仿真验证

3．6 本章小结

第4章 冷弯方矩管焊接段残余应力的仿真分析

4．1 引言

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 几何模型的建立

4．2．2 材料的热物性

4．2．3 单元的选择

4．2．4 网格的划分

4．2．5 时间步长与热源

4．2．6 热力耦合实现

4．3 焊接温度场结果及分析

4．4 仿真温度场结果验证

4．5 焊接残余应力的结果及分析

4．6 本章小结

第5章 工艺参数对冷弯方管成型段残余应力的影响

5．1 引言

5．2 板料厚度对残余应力的影响

5．3 材料力学性能对残余应力的影响

5．4 轧辊间距对残余应力的影响

5．5 本章小节

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文