管道冷挤压环连接技术研究

摘要

在薄壁金属管道连接领域中,过去一般采用焊接工艺,而焊接的工作效率低,工作环境恶劣,劳动强度高,并且由于焊接缺陷给管道连接质量带来严重的影响:管接头的强度低于管材;容易引起接头泄漏,有害气体的泄漏对人类的健康造成威胁.正在此背景下,本文展开了如下研究:1.介绍了一种新型的管道连接方法——冷挤压环连接技术,分析了该连接方法中单环连接与双环连接的连接过程与连接机理.该连接方法主要适用于同种材料或不同材料、相同直径或不同直径薄壁金属管道的连接.它通过外力推动连接环使外套管或过渡接头产生弹塑性变形,从而实现管道之间的相互连接和密封.2.建立了环连接方法连接过程中的力学模型,并借助有限元工具研究了该连接过程中连接力的变化情况以及连接后中的应力、应变分布情况,仿真结果和力学模型计算结果基本一致.3.分析了所建力学模型中各参数对连接强度与密封性能的影响情况,并借助ANSYS有限元工具模拟了冷挤压环连接的连接过程与抗拉过程,并对该连接方法的抗拉性能与密封性能进行了分析.4.根据冷挤压环连接方法连接质量的控制准则,对环连接接头尺寸进行了参数化,并以接头副的尺寸为设计变量,以接头的密封性能为目标函数进行了优化设计,在所设计接头附件的基础上设计了一套双环连接装置.通过管道的连接实验表明了所设计的接头附件以及连接装置的合理性;通过抗拉实验、密封实验验证了所建力学模型与仿真结果的正确性.从仿真与实验结果表明:环连接管接头连接力比较小,其连接强度高,并且高于强度较小的管材本身的屈服强度,具有较好的抗拉性能;接头的密封性能好,泄漏率低.通过该连接方法的研究,有利于进一步提高冷挤压环连接接头的连接质量,促进该连接技术的应用与发展.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1管道连接方法的现状及发展

1.1.1传统的管道连接方法的分析

1.1.2其他管道连接方法的分析

1.2冷挤压连接方法的研究现状及发展

1.2.1扣压连接的研究现状

1.2.2冷挤压环连接的研究现状及前景

1.3课题的来源、任务和意义

1.3.1课题的来源

1.3.2课题的任务

1.3.3课题的研究方法

1.3.4课题的研究意义

第二章环连接技术的连接过程与连接机理的分析

2.1单环连接的连接过程及其连接机理

2.1.1管材端部成型的研究

2.1.2端部成型中的稳定性分析

2.1.3单环连接的连接机理

2.2双环连接的连接过程及其连接机理

本章小结

第三章冷挤压环连接力学模型的研究

3.1环连接中连接力的简化计算

3.2环连接的有限元理论公式的推导

3.3环连接的有限元分析在ANSYS中的实现

3.3.1环连接的ANSYS模型的建立

3.3.2环连接过程中变形与应变分析

3.3.3环连接过程中的受力和应力分析

本章小结

第四章冷挤压环连接接头的质量分析

4.1冷挤压环连接接头的连接强度分析

4.1.1影响冷挤压环连接中连接强度的主要因素

4.1.2环连接接头连接强度的有限元求解

4.2环连接接头密封性能的研究

4.2.1环连接接头的密封原理

4.2.2影响环连接接头密封性能的主要因素

4.2.3环连接接头密封性能的有限元分析

本章小结

第五章连接环与双环连接装置的设计

5.1连接环的设计

5.1.1连接环的设计要求

5.1.2基于APDL语言的参数化设计模型的建立

5.1.3连接环的优化设计

5.2双环连接装置的设计

5.2.1双环连接装置的设计要求

5.2.2设计方案的选择

5.2.3双环连接装置设计中应注意的问题

本章小结

第六章实验分析

6.1双环连接力学性能测试

6.1.1实验平台的设计

6.1.2实验结果分析

6.2环连接接头的密封实验

本章小结

第七章总结与展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文