P91厚壁管穿孔过程中孔洞演变规律的模拟

摘要

P91厚壁无缝管性能优异,具有非常高的高温持久强度、抗拉强度、优异的热稳定性及高温抗蠕变性能,被广泛应用于各类耐高温锅炉管中,通常质量要求极为严格。另一方面,大型钢锭内部在钢铁的冶金过程不可避免地会产生孔洞类缺陷,从而严重影响材料力学性能和疲劳性能,内部孔洞的存在破坏了金属的连续性,造成局部应力集中程度较大,成为疲劳裂纹萌生源,导致产品寿命缩短以致报废。揭示认识孔洞演化规律,有助于提高产品内在质量,促进工艺制定由经验走向科学。
　　本文依托计算机模拟技术,借助大型有限元软件 Deform,并采用有限元分析和热力耦合分析方法模拟分析 P91厚壁管在穿孔过程中的孔洞演变规律。分析现场工艺,运用 Solidworks软件三维建模,实现模型和数值模拟软件 Deform-3D间的数据转换;在有限元软件中对模型进行网格划分,并定义 P91材料属性和选取模拟参数;模具材料选用热作模具钢H13,考虑到传热同样需要网格划分。
　　在考虑传热因素的影响下,本文模拟了穿孔直径为600mm和350mm两种情形,同时考虑了不同孔洞直径、不同孔洞位置两个变量,并选取关键节点进行点追踪,重点分析了孔洞在镦粗穿孔过程的温度场、三向应力、静水压力、等效应力、等效应变等的变化情况,并通过相应的对比方案进一步揭示孔洞演变规律。
　　分析孔洞镦粗穿孔过程的温度场变化,由于塑性变形的机械能转化为热能,抵消了大部分传热,发现穿孔结束后孔洞区域温度反而略有上升;对比分析了不同穿孔直径、不同孔洞直径、不同孔洞位置的静水压力变化情况,得到了穿孔直径为350mm、孔洞直径为100mm、孔洞下部距离顶端150mm分别在其对应的对比方案中压力值最大,此时易于发生焊合与缺陷消除;从等效应力云图看出孔洞周围出现了一定程度的应力集中,但等效应力峰值较小,不会有太严重的后果;通过分析孔洞的变形演变及点追踪下的等效应变云图,观察到镦粗结束时位置和形状均没有发生明显变化,而在穿孔过程中孔洞体积逐渐变小,有所焊合,但没有最终消失。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

引言

1 绪论

1.1 P91生产现状概述

1.2孔洞类缺陷对成型过程影响的研究现状

1.3 选题的目的和意义

1.4 课题的研究内容

1.5 本章小结

2P91厚壁管穿孔过程中孔洞演变规律的模拟前处理

2.1 塑性成形的基本理论

2.2 模型建立

3 数值模拟的结果分析与讨论

3.1 温度场分析

3.2 X方向应力分析

3.3 Z方向应力分析

3.4 静水压力分析

3.5 等效应力分析

3.6 等效应变分析

3.7 本章小结

结论

参考文献

致谢