差厚拼焊管內高壓脹形幾何形狀變化規(guī)律研究

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差厚拼焊管內高壓脹形幾何形狀變化規(guī)律研究,姓    名：唐  巧 班        級：材料0701 院  (系)：材料科學與工程學院 指導老師：李蘭云,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),論文提綱,1  緒論 2  差厚拼焊管有限元模型的建立 3  有限元模擬結果的分析 4  總結,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),1  緒論,選題背景,,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),,內高壓成形是一種加工空心輕體的先進制造技術。管件液壓成形技術又稱為內高壓成形技術。內高壓成形具有質量輕，強度與剛度好，零件和模具數(shù)量少和成本低等優(yōu)點 。       差厚拼焊管內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          許多學者都做了差厚拼焊管內高壓脹形的研究，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，研究幾何形狀的變化可以為后續(xù)的研究做鋪墊。本設計主要用鋁合金作為拼焊管的材料，研究差厚拼焊管內高壓脹形幾何形狀變化規(guī)律。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),2  差厚拼焊管有限元模型的建立,ABAQUS軟件的介紹,ABAQUS是一套功能強大的工程有限元分析軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。它包括一個非常豐富的、可模擬任意形狀的單元庫，以及與之相對應的各種類型的材料模型庫 。作為通用的模擬計算工具，ABAQUS能解決結構的許多問題。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),2  差厚拼焊管有限元模型的建立,本設計用的三維有限元模型包括兩個相同的約束模具和差厚拼焊管三個幾何實體。尺寸如上圖所示。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(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。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(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系中，在裝配中就是把兩個模型放到一個坐標中裝配好。 分析步驟            在裝配好模型之后就可以在分析步驟中設定加載的幅值曲線，主要包括加載的時間和加載過程中的步長。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),2  差厚拼焊管有限元模型的建立,西安石油大學本科畢業(yè)設計(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重要的環(huán)節(jié)，本設計用的網(wǎng)格單元是邊長為2mm的八節(jié)點的六面體單元。選好尺寸，撒好種子，在用ABAQUS中的默認方式劃分。上圖為劃分好的網(wǎng)格。 分析計算           前面的步驟做好之后，就是可以輸入?yún)?shù)進行計算，輸入的文件可以改變所加的壓力和幅值曲線等。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),3  有限元模擬結果分析,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。外界對工件做的功轉變?yōu)楣ぜ膬饶芎蛣幽埽饬D變?yōu)閮饶苡?，動能越小，模擬的結果的可靠性越高，一般來說，如果成形過程的絕大部分時間內動能和內能的比值小于10%，模型就是可靠的。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),3  有限元模擬結果分析,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,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),3  有限元模擬結果分析,焊縫初始位置的表征方法   長度比： ηl=Ln/Lk           Ln— 薄壁管的初始長度；                Lk— 厚壁管的初始長度。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),3  有限元模擬結果分析,管厚差對差厚拼焊管內高壓脹形幾何形狀的影響         本設計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的模型來對比分析幾何形狀的變化及應力應變的分布規(guī)律。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),3  有限元模擬結果分析,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,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),,,長度比ηl=0.5時不同管厚比的徑向位移隨距厚管端面距離的曲線圖,3  有限元模擬結果分析,管厚比不同，應力的分布規(guī)律時相同的。在單個薄管或厚管中，應力由兩端向中間逐漸遞減；薄管與模具或焊管連接處的應力是最大的。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),拼焊管的應力分布,ηt=1.1                                                 ηt=1.5,3  有限元模擬結果分析,應變的分布規(guī)律也是相同的。厚管的應變?yōu)榱?，說明厚管基本不變形；而薄管由兩端到中間，應變逐漸增加。并且管厚比不同，薄管的變形大小不同，管厚比越大，薄管上的最大的應變值越小，說明變形量就越小。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),ηt=1.1                                          ηt=1.5 拼焊管的應變分布圖,3  有限元模擬結果分析,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),五個位置焊縫的示意圖,焊縫位置是差厚拼焊管內高壓脹形的一個重要的參數(shù),3  有限元模擬結果分析,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，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。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),,管厚比為1.1時不同焊縫位置處，徑向位移隨距厚管端面距離的曲線圖,3  有限元模擬結果分析,應力分布的規(guī)律是相同的。對單個薄管或厚管來說，應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力是最大的。最大的應力隨著脹形量的增加而增加 。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),ηl=0.5                                            ηl=1.0 拼焊管應力分布圖,3  有限元模擬結果分析,應變的分布規(guī)律也是相同的，厚管的應變?yōu)榱?，薄管的應變由薄管兩端到薄管中間脹形最大處，應變逐漸增加。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),ηl=0.5                                           ηl=1.0 拼焊管的應變分布圖,3  有限元模擬結果分析,焊縫位置不同對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。左圖中應力為零，說明管子已經(jīng)脹破。,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),ηl=2.0 時脹破的應力圖,4   結論,差厚拼焊管內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候，薄管的脹形減小，厚管基本不發(fā)生變形；,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),4   結論,西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),焊縫越靠近厚管位置，即薄管越長，薄管的發(fā)生的脹形越大，甚至發(fā)生脹破，厚管的脹形越小； 無論差厚比和管長比怎樣變化，應力應變的分布規(guī)律基本相同：在單個薄管厚或厚管中，應力由端面到中間位置時，應力逐漸減??；薄管由兩端到中間位置處，應變逐漸增加，厚管的應變?yōu)榱恪?西安石油大學本科畢業(yè)設計(論文),謝謝各位老師！ 敬請批評指正！,