雙金屬復(fù)合管多斜輥矯直工藝數(shù)值模擬研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，石油、化工、地質(zhì)勘探等極端的條件，對金屬管的要求越來越高，不僅要求高強(qiáng)度，還要求高的耐溫性能及良好的耐腐蝕性能等。雙相不銹鋼以及各種合金雖然能部分滿足上述條件，但含有稀有金屬，價格昂貴。而雙金屬復(fù)合管恰好能滿足這些要求，應(yīng)用范圍更為廣泛。目前復(fù)合管材的生產(chǎn)方法主要有機(jī)械復(fù)合，離心鑄造，焊接復(fù)合等，其產(chǎn)品都不可避免地存在縱向彎曲和截面的橢圓度缺陷，不得不通過矯直工序來保證復(fù)合管終態(tài)產(chǎn)品的形狀精度。目前，我國在鋼管多

2、斜輥矯直工藝?yán)碚撗芯考捌涔I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，已取得了諸多令人矚目的進(jìn)展。然而，雙金屬層狀復(fù)合管在壁厚方向上由兩種力學(xué)性能截然不同的材料構(gòu)成，彈塑性彎曲變形行為與單金屬管材存在差異，傳統(tǒng)的矯直理論是否仍然適用于雙金屬層狀復(fù)合管，復(fù)合管組元接觸界面在反復(fù)彎曲過程中是否存在撕裂破壞風(fēng)險，這些都有待于進(jìn)一步研究。因此，本文以雙金屬復(fù)合管多斜輥矯直過程為對象，開展工藝?yán)碚摷皵?shù)值仿真模擬研究。
　　為分析彎曲變形條件下復(fù)合管壁厚方向應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律

3、，以組元彈性差異明顯的Q235/TC4復(fù)合管為對象，利用有限元分析軟件MSC.MARC，選取單個矯直單元進(jìn)行彈塑性彎曲分析，給出了內(nèi)外復(fù)合層材料及層厚比對管壁厚度方向應(yīng)力應(yīng)變分布的影響。并以此為基礎(chǔ)，通過簡化條件，推導(dǎo)了管材的彎曲模型及中性層偏移量解析計(jì)算模型。以傳統(tǒng)矯直理論為基礎(chǔ)，結(jié)合復(fù)合管矯直彈塑性彎曲特點(diǎn)，進(jìn)行矯直輥輥型設(shè)計(jì)，壓彎量、壓扁量和傾斜角等工藝參數(shù)計(jì)算，并將組元屈服強(qiáng)度的加權(quán)值作為復(fù)合管綜合屈服強(qiáng)度，計(jì)算了復(fù)合管矯直力和

4、矯直力矩。
　　利用非線性有限元方法，建立了雙金屬層狀復(fù)合管的十輥斜輥矯直模型，分別構(gòu)造具有原始橢圓度和彎曲度缺陷的復(fù)合管幾何模型，模擬規(guī)格為Φ75×10×1000mm的復(fù)合管（Q235+TC4,層厚比分別為4:1和1:4）冷矯過程，分析了橢圓度和彎曲度缺陷的矯直效果，矯直過程中的應(yīng)力、應(yīng)變規(guī)律，以及矯直力的分布。并通過提取復(fù)合層界面的剪切變形，結(jié)合現(xiàn)有復(fù)合工藝所能達(dá)到的界面結(jié)合強(qiáng)度，評估了復(fù)合界面在矯直反復(fù)彎曲過程中重新開裂的可