差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形幾何形狀變化規(guī)律研究
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差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形幾何形狀變化規(guī)律研究,姓 名:唐 巧 班 級(jí):材料0701 院 (系):材料科學(xué)與工程學(xué)院 指導(dǎo)老師:李蘭云,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),論文提綱,1 緒論 2 差厚拼焊管有限元模型的建立 3 有限元模擬結(jié)果的分析 4 總結(jié),西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),1 緒論,選題背景,,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),,內(nèi)高壓成形是一種加工空心輕體的先進(jìn)制造技術(shù)。管件液壓成形技術(shù)又稱為內(nèi)高壓成形技術(shù)。內(nèi)高壓成形具有質(zhì)量輕,強(qiáng)度與剛度好,零件和模具數(shù)量少和成本低等優(yōu)點(diǎn) 。 差厚拼焊管內(nèi)高壓成形是用不同壁厚的焊接管材作為坯料,通過在管材內(nèi)施加液體壓力把管材加工成為所需形狀的零件。,1 緒論,課題的意義 許多學(xué)者都做了差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形的研究,用的材料主要是鋼材。脹形中出現(xiàn)的缺陷和脹形中的幾何形狀有關(guān),研究幾何形狀的變化可以為后續(xù)的研究做鋪墊。本設(shè)計(jì)主要用鋁合金作為拼焊管的材料,研究差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形幾何形狀變化規(guī)律。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),2 差厚拼焊管有限元模型的建立,ABAQUS軟件的介紹,ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的工程有限元分析軟件,其解決問題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問題。它包括一個(gè)非常豐富的、可模擬任意形狀的單元庫,以及與之相對(duì)應(yīng)的各種類型的材料模型庫 。作為通用的模擬計(jì)算工具,ABAQUS能解決結(jié)構(gòu)的許多問題。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),2 差厚拼焊管有限元模型的建立,本設(shè)計(jì)用的三維有限元模型包括兩個(gè)相同的約束模具和差厚拼焊管三個(gè)幾何實(shí)體。尺寸如上圖所示。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),2 差厚拼焊管有限元模型的建立,拼焊管用的是有限元為可變形體,模具用的是解析剛體。模型在創(chuàng)建好之后要給拼焊管賦于鋁合金材料。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),拼焊管幾何模型 模具幾何模型,2 差厚拼焊管有限元模型的建立,差厚拼焊管模型與模具的裝配 差厚拼焊管模型與模具建立好之后都在自己的坐標(biāo)系中,在裝配中就是把兩個(gè)模型放到一個(gè)坐標(biāo)中裝配好。 分析步驟 在裝配好模型之后就可以在分析步驟中設(shè)定加載的幅值曲線,主要包括加載的時(shí)間和加載過程中的步長(zhǎng)。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),2 差厚拼焊管有限元模型的建立,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),施加載荷,約束條件,2 差厚拼焊管有限元模型的建立,網(wǎng)格的劃分 網(wǎng)格的劃分是有限元模型的一個(gè)重要的環(huán)節(jié),本設(shè)計(jì)用的網(wǎng)格單元是邊長(zhǎng)為2mm的八節(jié)點(diǎn)的六面體單元。選好尺寸,撒好種子,在用ABAQUS中的默認(rèn)方式劃分。上圖為劃分好的網(wǎng)格。 分析計(jì)算 前面的步驟做好之后,就是可以輸入?yún)?shù)進(jìn)行計(jì)算,輸入的文件可以改變所加的壓力和幅值曲線等。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3 有限元模擬結(jié)果分析,有限元模擬可靠性分析 根據(jù)能量條件來判斷模型的可靠性。外界對(duì)工件做的功轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜ膬?nèi)能和動(dòng)能,外力功轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能愈大,動(dòng)能越小,模擬的結(jié)果的可靠性越高,一般來說,如果成形過程的絕大部分時(shí)間內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)能的比值小于10%,模型就是可靠的。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3 有限元模擬結(jié)果分析,管厚差異的表征方法 厚度比: ηt= tk/ tn tk— 厚壁管的壁厚 tn— 薄壁管的壁厚,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3 有限元模擬結(jié)果分析,焊縫初始位置的表征方法 長(zhǎng)度比: ηl=Ln/Lk Ln— 薄壁管的初始長(zhǎng)度; Lk— 厚壁管的初始長(zhǎng)度。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3 有限元模擬結(jié)果分析,管厚差對(duì)差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形幾何形狀的影響 本設(shè)計(jì)用徑向位移來說明差厚拼焊管脹形的大小及幾何形狀的變化,管厚差是差厚拼焊管的主要特征。管厚比分別用1.1、1.2、1.3、1.5、2.0的模型來對(duì)比分析幾何形狀的變化及應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3 有限元模擬結(jié)果分析,厚管與薄管脹形后的差異較大 薄管脹形之后為橢球形,厚管脹形之后為錐形 管厚比越大,厚管脹形越不明顯,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),,,長(zhǎng)度比ηl=0.5時(shí)不同管厚比的徑向位移隨距厚管端面距離的曲線圖,3 有限元模擬結(jié)果分析,管厚比不同,應(yīng)力的分布規(guī)律時(shí)相同的。在單個(gè)薄管或厚管中,應(yīng)力由兩端向中間逐漸遞減;薄管與模具或焊管連接處的應(yīng)力是最大的。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),拼焊管的應(yīng)力分布,ηt=1.1 ηt=1.5,3 有限元模擬結(jié)果分析,應(yīng)變的分布規(guī)律也是相同的。厚管的應(yīng)變?yōu)榱?,說明厚管基本不變形;而薄管由兩端到中間,應(yīng)變逐漸增加。并且管厚比不同,薄管的變形大小不同,管厚比越大,薄管上的最大的應(yīng)變值越小,說明變形量就越小。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),ηt=1.1 ηt=1.5 拼焊管的應(yīng)變分布圖,3 有限元模擬結(jié)果分析,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),五個(gè)位置焊縫的示意圖,焊縫位置是差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形的一個(gè)重要的參數(shù),3 有限元模擬結(jié)果分析,薄管和厚管發(fā)生脹形的大小都不相同,薄管的脹形始終大于厚管的脹形。 厚管越長(zhǎng),厚管的脹形越大,薄管的脹形越小。 發(fā)生脹形之后薄管的外形為橢球形,厚管的外形為圓錐形。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),,管厚比為1.1時(shí)不同焊縫位置處,徑向位移隨距厚管端面距離的曲線圖,3 有限元模擬結(jié)果分析,應(yīng)力分布的規(guī)律是相同的。對(duì)單個(gè)薄管或厚管來說,應(yīng)力分布由管的兩端向中間逐漸遞減。薄管與模具或焊縫相連處的應(yīng)力是最大的。最大的應(yīng)力隨著脹形量的增加而增加 。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),ηl=0.5 ηl=1.0 拼焊管應(yīng)力分布圖,3 有限元模擬結(jié)果分析,應(yīng)變的分布規(guī)律也是相同的,厚管的應(yīng)變?yōu)榱悖」艿膽?yīng)變由薄管兩端到薄管中間脹形最大處,應(yīng)變逐漸增加。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),ηl=0.5 ηl=1.0 拼焊管的應(yīng)變分布圖,3 有限元模擬結(jié)果分析,焊縫位置不同對(duì)于差厚拼焊管脹形的影響較大。即使在同一壓力下,厚管越短,薄管發(fā)生的脹形就越大,甚至發(fā)生脹破現(xiàn)象。左圖中應(yīng)力為零,說明管子已經(jīng)脹破。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),ηl=2.0 時(shí)脹破的應(yīng)力圖,4 結(jié)論,差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形的幾何外形變化為:厚管為圓錐形變化,薄管為橢球形變化,并且總是薄管優(yōu)先發(fā)生脹形直到脹破,厚管總是滯后于薄管發(fā)生脹形; 厚度比越大,薄管與厚管脹形的差異越大基本,管厚比增加到一定的時(shí)候,薄管的脹形減小,厚管基本不發(fā)生變形;,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),4 結(jié)論,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),焊縫越靠近厚管位置,即薄管越長(zhǎng),薄管的發(fā)生的脹形越大,甚至發(fā)生脹破,厚管的脹形越??; 無論差厚比和管長(zhǎng)比怎樣變化,應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律基本相同:在單個(gè)薄管厚或厚管中,應(yīng)力由端面到中間位置時(shí),應(yīng)力逐漸減?。槐」苡蓛啥说街虚g位置處,應(yīng)變逐漸增加,厚管的應(yīng)變?yōu)榱恪?西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),謝謝各位老師! 敬請(qǐng)批評(píng)指正!,
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