大口径直缝焊管整圆定径工艺数值模拟研究

摘要

目前高压输送天然气管线和海底管线多采用直缝焊接钢管。在直缝焊管生产过程中，多采用机械扩径的办法来矫正焊管的几何形状误差。但由于少量大口径直缝焊管断面椭圆度比较大，机械扩径很难完全满足制品的要求。而且机械扩径工艺所使用的扩径机结构复杂，成本很高，加上此工艺的影响因素比较多，目前在焊管制造业已经开始寻求一种更为简便的加工方案，来补充机械扩径的不足，或者替代机械扩径。焊管制造业正积极开发另一种焊管几何形状误差矫正方法，本文定义为整圆定径工艺，并对此方法进行了数值研究。 文章采用MARC软件，对焊管的整圆定径成形过程进行了大量的数值模拟。在对管径为1219mm，壁厚分别为33mm、27.5mm、26.4mm及22mm的焊管整圆定径过程的数值模拟基础上，分析了模具直径对成形过程的影响规律。 整圆定径过程是一个与管坯规格、模具直径、变形程度等因素相关的塑性变形过程，其最终制品的尺寸和形状精度取决于这些参数的综合影响。本文以制品圆度为目标函数，以整圆定径模具直径、模具下压行程及管坯圆度为自变量，对目标函数进行优化计算，为整圆定径的实现提供理论依据，这部分工作具有理论意义及实际使用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2直缝焊接钢管的生产工艺

1.2.1直缝焊接钢管成型工艺

1.2.2机械扩径工艺

1.2.3整圆定径工艺

1.2.4整圆定径工艺的优势

1.3本文研究的目的、意义及主要内容

1.3.1本文研究的目的及意义

1.3.2本文研究的主要内容

第2章管材塑性加工理论

2.1管材胀形加工

2.1.1胀形变形特点

2.1.2胀形区壁厚的变化

2.2塑性变形体积不变条件

2.3平面变形和轴对称变形

2.3.1平面变形问题

2.3.2轴对称变形问题

2.4弹塑性理论

2.4.1概述

2.4.2屈服准则

2.4.3流动准则

2.4.4关联流动和各向同性硬化

2.4.5滑动库伦摩擦模型

2.5焊管尺寸计算

2.6本章小结

第3章整圆定径及机械扩径的有限元模拟与比较

3.1机械扩径过程的有限元数值模拟

3.1.1机械扩径模型简述

3.2机械扩径成型过程分析

3.3整圆定径过程的有限元数值模拟

3.3.1整圆定径模型简述

3.3.2整圆定径成型过程分析

3.4数值模拟结果与分析

3.4.1机械扩径模拟结果

3.4.2整圆定径模拟结果

3.5两种方法的比较

3.6模具尺寸对整圆定径成型的影响

3.7本章小结

第4章整圆定径工艺参数优化

4.1理论基础

4.1.1曲线拟合

4.1.2最小二乘准测

4.1.3多元线性回归模型

4.1.3约束非线性最优化问题

4.2软件实现

4.2.1 Matlab介绍

4.2.2 regress函数介绍

4.2.3 fmincon函数介绍

4.3函数拟合

4.3.1目标函数的定义

4.3.2数据

4.4最优化计算

4.4.1函数的优化

4.4.2最优结果分析

第5章对整圆定径工艺的展望

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文