180°等强度弯管壁厚设计及牛角芯棒热推成形工艺参数优化

摘要

弯管是管道输送网络的重要构件。流体流经弯管时，对弯管凸边管壁形成较大冲击、在弯管凹边一侧反而形成减压区，至使弯管凸、凹边管壁受力不均；加之加工工艺的局限性，在弯管的凸边容易导致壁厚减薄，而在弯管的凸边容易出现起皱的现象，双重因素的作用导致弯管开裂、爆炸等严重后果屡见不鲜。
　　因此针对以上问题，本文运用FLUENT软件，通过数值模拟方法分析原油的不同流动参数和弯管几何参数变化对弯管壁面内压影响规律、建立相应计算模型；分别分析了轴向、环向、径向应力，利用第三强度理论推导了变壁厚等强度弯管壁厚计算公式；采用DEFORM-3D塑性成形CAE应用软件模拟牛角芯棒热推工艺，分析不同工艺参数对壁厚规律的分布影响，提前预测成形过程中工件的变形规律以及缺陷，为最优的或者可行的设计提供理论指导和参考，具有重要的工程意义。具体内容如下：
　　（1）应用FLUENT软件分析了原油流经180°弯管时，内压P随弯管出口压强P0、入口流速v、流体密度ρ及弯管弯曲度k=R/d变化的分布规律，建立了相应135种工况内压P分布数据库。据弯管内壁面压强P在不同参数（P0、v、ρ、k）下的分布、变化规律，应用1stOpt软件分析拟合了弯管内压分布计算公式；并通过135种工况FLUENT数值模拟结果比对，验证了该公式的计算精度（最大相对误差δ0.045％）。为高压、高流速、长距离输油管道和弯管设计及其安全性评估提供了依据。
　　2）通过分析环向应力、轴向应力和径向应力，并通过第三强度理论对弯管的壁厚进行设计，推导出壁厚设计公式，弯管凸边的壁厚始终大于凹边的壁厚，壁厚从凹边到凸边随着环向角度的变化随之增大，并通过工况的验证，对比内压作用下压强分布规律，具有一定的相符性，可说明变壁厚弯管壁厚设计的可行性、有效性，壁厚的分布能够满足工程的使用要求。
　　3）弯管成形牛角芯棒设计及工艺参数优化。为使弯管成形过程始终保持比例关系，牛角芯棒轴线应该是一条变曲率的弧线。即弯曲变形和扩径变形都应该是逐渐增加的，并且应该是连续光滑的。使用DEFORM-3D塑性成形CAE应用软件模拟变壁厚等强度弯管的推制过程，分析不同工艺参数对弯管壁厚的影响，并对加工工艺参数进行优化，得出最佳工艺参数组合。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 原油流经180°弯管数值模拟及内壁面压强分布计算公式的建立

2.1 原油流经弯管数值模拟

2.2 弯管内压模拟结果及分析

2.3 原油在弯管内的流动数值模拟结果及分析

2.4 参数变化对弯管内压的影响规律

2.5 弯管内壁面压强分布计算公式的建立

2.6 计算公式的FLUENT数值模拟验证

2.7 本章小结

第3章 180°圆形弯管受力分析及壁厚公式设计

3.1 弯管受力分析

3.2 等强度壁厚公式设计

3.3弯管壁厚分布规律

3.4变壁厚弯管的验证分析

3.5本章小结

第4章 热推弯管成形工艺参数优化

4.1 采用DEFORM软件模拟牛角芯棒热推工艺简介

4.2 牛角芯棒和管坯尺寸的选取

4.3 基于DEFORM-3D软件模拟牛角芯棒热推成形过程

4.4 工艺参数优化

4.5本章小结

第5章 总结与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研状况