热轧高强度无缝钢管热处理过程的数值模拟

摘要

高强度无缝钢管以其优越的性能被广泛地应用于高压、易腐蚀的环境下，其市场需求量逐年增加。为了提高无缝钢管性能，以适应越来越苛刻的工作环境，对无缝钢管性能的研究已成为当今研究的热门课题之一。实验研究证明，无缝钢管在热处理过程中产生的残余应力会明显降低无缝钢管的性能，控制它的残余应力水平是提高无缝钢管性能的重要手段。本文以大型非线性有限元分析软件MSC．Marc为平台，对无缝钢管在热处理过程中产生的残余应力进行研究。 本文首先以热力学定律为基础，考虑材料性能参数随温度变化以及相变潜热等因素的影响，对高强度无缝钢管淬火和回火的温度场进行数值模拟，得出了与实际情况相吻合的结论，为进一步研究淬火和回火应力场建立了基础；其次，运用增量理论及相应的弹塑性本构方程，并假设材料在塑性区满足Prandtl-Reuss塑性流动法则，考虑材料非线性、相变塑性等因素，模拟计算了高强度无缝钢管在淬火和回火过程中的周向应力以及最终形成的残余应力，经过与实测值相比较，得出了与实际情况相吻合的结论，为进一步研究热处理工艺参数对淬火和回火过程的影响建立了理论分析模型；最后，应用本文建立的理论分析模型分别研究了加热温度和冷却率对淬火和回火应力场的影响。 本文以大型非线性有限元分析软件MSC．Mare为平台，对高强度无缝钢管的淬火和回火过程进行了计算机仿真与参数研究，为实现淬火过程的智能化控制建立了一定的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1热处理模拟研究概述

1.2课题的来源及意义

1.3课题的主要研究内容及创新点

第二章有限元法简介

2.1有限元法概述

2.2变分原理

2.3加权余量法

2.4有限元法的基本流程

2.5 MSC.Marc有限元分析软件简介

第三章温度场的数值模拟

3.1传热学基本原理

3.2温度场的有限元模型

3.3温度场的模拟计算

3.4模拟结果及分析

3.5本章小结

第四章应力场的数值模拟

4.1数值模拟原理

4.2热弹塑性问题

4.3淬火模拟计算结果与分析

4.4淬火残余应力测量

4.5回火模拟计算结果与分析

4.6本章小结

第五章热处理工艺参数对残余应力的影响

5.1淬火加热温度和冷却率对残余应力的影响

5.2回火加热温度和冷却率对残余应力的影响

5.3本章小结

结论

参考文献

附录

致谢