无缝钢管定减径过程有限元模拟分析

摘要

在无缝钢管生产过程中，定减径的主要任务是控制成品管的尺寸精度和残余应力，使其达到一定的质量要求。影响无缝钢管产品质量的因素很多，在定减径机组的参数已经给定的情况下，材质和定减径温度对产品质量有很大的影响。为了提高产品质量，需对影响产品质量的因素进行研究。
　　 本文基于热弹塑性分析、传热分析、接触分析的基本原理和有限元理论，采用大型非线性有限元软件ABAQUS建立了无缝钢管定减径过程的有限元分析模型。应用此分析模型，首先分析了N80级钢管在900℃定减径时其等效应力场、等效应变场和钢管特殊节点处的位移等变化规律。其次分别比较了N80级和BT100H级钢管在900℃定减径时，其经过典型架次轧辊后等效应力场、等效应变场、温度场和特殊节点处位移的变化。最后对N80级和BT100H级钢管在不同温度下的定减径过程进行模拟，比较各个方案下钢管外径、壁厚和圆真度的差别，在现有工艺条件下选择合适的定减径温度。
　　 通过数值模拟计算可以得出：在钢管的定减径过程中，金属从与轧辊顶部接触的区域往轧辊辊缝处流动，使轧辊顶部的钢管外径减小，辊缝处的钢管外径增加，增加量小于减小量，奇偶机架轧辊顶部和轧辊辊缝互换，如此反复经多机架后使钢管总体外径减小，壁厚增加，最后机架的轧制是控制钢管的圆真度和定径的关键工序；两种钢管在相同温度下进行定减径，其等效应力场等变化规律一致，现有N80级钢管的生产能够为研究BT100H级钢管提供参考；两种钢管随着定减径温度的升高，其最大等效残余应力都是降低的；钢管的外径偏差随着定减径温度的升高而逐渐减小；同种钢管在不同的定减径温度下其壁厚变化不明显；对于两种钢管，在900℃时定减径能够得到较好的圆真度偏差，根据N80级钢管的现实情况，建议在生产BT100H级钢管定减径时温度控制在900℃左右，有望在现有工艺下达到较好的定减径效果。
　　 本论文的研究成果能够为研究BT100H级钢管的定减径生产提供理论依据和参考意见。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 前言

1.2 国内外研究现状

1.3 研究课题的提出

1.3.1 课题的研究目的

1.3.2 课题的研究意义

1.3.3 课题的研究内容

2 无缝钢管定减径过程分析的相关理论

2.1 弹塑性理论

2.1.1 弹塑性理论准则

2.1.2 热弹塑性理论本构方程

2.2 传热分析的基本原理

2.2.1 传热问题的控制方程

2.2.2 辐射传执

2.3 接触分析的基本原理

2.3.1 摩擦模型

2.3.2 定义接触

3 物理参数的确定

3.1 试验材料的调质

3.2 力学物理参数确定

3.2.1 试验方案

3.2.2 试验数据的处理

3.3 热物理参数的确定

4 无缝钢管定减径过程的有限元分析

4.1 无缝钢管定减径过程有限元模型的建立

4.1.1 无缝钢管生产工艺

4.1.2 建立模型

4.2 计算结果分析

4.2.1 各架次断面等效应力分析

4.2.2 各架次断面等效应变分析

4.2.3 轧辊孔型内轧制金属流动规律

4.3 本章小结

5 典型架次定减径过程计算结果的对比分析

5.1 典型架次的等效应力场对比分析

5.2 典型架次的等效应变场对比分析

5.3 典型架次的温度场对比分析

5.4 典型架次钢管特殊节点处位移对比分析

5.5 本章小结

6 不同模拟方案下定减径过程计算结果的对比分析

6.1 应力分析

6.2 壁厚结果分析

6.3 钢管外径及圆真度分析

6.4 本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢