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耐磨弯管成型的数值模拟及周向残余应力分析
作者:管理员    发布于:2014-05-29 14:32:14    文字:【】【】【
    耐磨弯管国民经济中广泛应用于管道输送、机械制造、地质钻探、化学高压容器等。耐磨弯管周向残余应力均较大,容易导致纵裂缺陷,这使得耐磨复合弯管成为废品,市场竞争力下降,并造成严重资源浪费。随着计算机技术的发展,通过数值模拟分析空拔耐磨弯管周向残余应力产生的原因并以此对工艺参数进行优化,不仅可以节省大量资源,而且对实际生产也具有很好的指导意义。
     本文应用非线性有限元理论针对拔制过程中周向应力以及拔制后周向残余应力导致纵裂缺陷问题进行如下研究: 运用APDL参数化语言建立了复合耐磨弯管空拔过程的动态参数化有限元模型,分析了拔制过程中钢管应力、拔制力变化情况,利用ANSYS显-隐顺序求解技术计算了耐磨弯管拔制后残余应力分布。测量拔后截面尺寸,试验测试拔制力和残余应力,拔制力、拔后截面尺寸以及残余应力计算结果与实测值接近,验证了本模型的可靠性以及本文分析方法的可行性。 分析了耐磨弯管拔后周向残余应力的形成原因以及各拔制参数对周向残余应力的影响,提出减小周向残余应力的措施。利用双模拔制原理,设计一种新拔模克服了双模拔制的不足,减小了耐磨弯管拔后周向残余应力。 针对将尺寸为Φ38×3的来料管拔制成Φ30x3的成品管,采用正交试验确定新拔模最优拔制参数(前、后接触段锥角,分配系数),利用仿真试验验证了优化结果的可靠性,优化后最大周向残余应力由原来的229MPa减小为209MPa,减小了空拔耐磨弯管纵裂的可能性。
     残余应力对开裂预应力耐磨弯管断裂性能的影响 预应力钢丝在冷拔时产生的拉残余应力对其断裂性能会产生有害影响。在本论文中利用有限元分析,断裂发生的微观力学模型和J-Q理论,定性地研究了纵向残余应力对开裂预应力钢丝断裂性能的影响,并与不考虑残余应力时的情况进行了比较,结果表明:拉残余应力可以通过改变裂尖约束来减少了预应力耐磨弯管的断裂韧度。
    外部施加应力对预应力耐磨弯管临界氯离子浓度的影响 一方面当混凝土中的氯离子浓度达到其临界值时,耐磨复合弯管表面的钝化膜便会破坏,从而导致钢筋发生腐蚀;另一方面当作用于预应力钢丝的外部施加应力超过弹性极限时,预应力钢丝便会发生塑性变形。为了评价预应力耐磨弯管的塑性变形对其临界氯离子浓度的影响,采用恒电流阳极极化技术作为加速试验方法,调查了具有不同氯离子浓度的饱和氢氧化钙溶液中受轴向拉力作用的预应力钢丝的坑成核电位。试验结果表明:当预应力钢丝中的应力超过弹性极限时,其临界氯离子浓度值比其应力低于弹性极限时的小,而造成这种现象的主要原因是由于塑性变形不但降低了碱性环境下影响钝化膜形成的预应力钢丝的电极电位,而且增强了预应力钢丝坑蚀的敏感性。
    
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