冷拔钢管与焊管成型过程的非线性有限元分析

摘要

为了获得不同模具，不同材料模型，不同强化规律下冷拔钢管成型过程中的应力应变分布规律和对成型精度的影响规律，以及单半径和双半径焊管成型过程的应力应变分布规律，本文利用弹塑性大变形和接触非线性有限元法，应用大型多物理场有限元分析软件——ANSYS对空拔管、芯拔管以及单半径和双半径焊管的第一架成型的成型过程进行了有限元仿真，其中考虑了模具的变形。得到的主要结论如下： (1)通过对锥模与弧形模下空拔管成型过程的数值模拟，发现在成型直径上弧形模比锥模成型精度高，在成型壁厚上锥模比弧形模成型精度高； (2)通过研究不同材料模型和强化规律对空拔管拔制力和尺寸精度的影响，发现真实材料模型下利用随动强化理论进行的仿真总体效果要好一些； (3)通过对锥模与弧形模下芯拔管成型过程的数值模拟，发现弧形模成型比锥模成型的拔制力与芯棒后拉力大，锥形模成型脱模后钢管的直径与壁厚更接近设计值。(4)提出了一种数值模拟和实验杂交的实验方法，测量了钢管内表面的残余应力。得到了残余应力对液压油缸缸筒承载能力的影响规律。 (5)通过对单半径和双半径焊管第一架成型过程的数值模拟，发现二者成型过程中的应力应变分布很不均匀，可以考虑多半径成型方式，最后对多辊下的焊管成型过程的仿真提出了研究方向。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题的提出

1.2冷拔钢管的生产与研究现状

1.3焊管的生产与研究现状

1.4有限元的发展

1.5仿真工具介绍

1.6本文的主要研究内容及创新点

第二章空拔管成型过程的有限元分析

2.1数值模拟方法的验证

2.2不同孔形模具下的空拔管成型过程的数值模拟

2.3大口径钢管成型过程的数值模拟

2.4材料模型和强化规律对中式模拔管拔制力和尺寸精度的影响

2.5本章小结

第三章芯棒拔管成型过程的有限元分析

3.1模具与单元划分

3.2应力应变分析

3.3拔制力与芯棒后拉力分析

3.4钢管成型直径与壁厚分析

3.5本章小结

第四章冷拔钢管高精度模具的设计

4.1高精度弧形模的设计研究

4.2高精度预应力复合模具的设计

4.3高精度预应力复合模具的应用

4.4本章小结

第五章冷拔钢管的工程应用研究

5.1冷拔无缝钢管残余应力测量的杂交实验方法

5.2残余应力对液压油缸缸筒承载能力影响的有限元分析

5.3本章小结

第六章单半径焊管成型第一架成型过程的有限元分析

6.1预备知识

6.2模拟方案及建模

6.3应力分析

6.4应变分析

6.5本章小结

第七章双半径焊管成型第一架压下过程的有限元分析

7.1模拟方案及建模

7.2应力分析

7.3应变分析

7.4本章小结

第八章多辊下焊管成型过程有限元分析的初步探讨

8.1辊型设计

8.2有限元模型的建立

8.3计算的实现

8.4本章小结

结论

参考文献

附录

致谢