大口径厚壁管感应加热弯曲成形有限元模拟研究

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1、分类号TG376.2学号151090310密级全日制学术型硕士学位论文题目大口径厚壁管感应加热弯曲成形有限元模拟研究作者姓名徐帅帅导师姓名、职称李兰云教授学科(专业)名称材料加工工程提交论文日期2018年6月1日学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确

2、的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名：____________日期：____________学位论文使用授权的说明本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大学。论文作者签名：__________日期：__________导师签名：__________日期：

3、__________·注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出（含解密年限等）。I中文摘要论文题目：大口径厚壁管感应加热弯曲成形有限元模拟研究专业：材料加工工程硕士生：徐帅帅(签名)导师：李兰云(签名)刘静(签名)摘要感应加热弯曲工艺是制造高性能弯管的先进成形技术，广泛应用于油气管线、建筑结构以及机械设备等领域弯管的制造。然而，在弯曲过程中，管壁容易出现内弧侧起皱、外弧侧减薄及径向截面畸变等缺陷，如何控制和提高大口径厚壁弯管的成形质量成为具有挑战性的难题。同时，大口径厚壁感应加热弯曲成形是一个集几何、物理和边界三重非线性为一体的

4、复杂成形过程，具有多物理场耦合、非稳态、多参数和非等温等变形特征，单纯采用理论分析、试验方法和有限元模拟都难以实现对该过程准确全面的研究。为此，本文采用有限元模拟方法为主，实验与理论方法为辅的研究方式，以Φ600×10.86mmX60厚壁管为研究对象，对大口径厚壁管感应加热弯曲成形过程进行了系统深入的研究，主要研究内容及结果如下：基于COMSOLMultiphysics软件，建立了管材感应加热弯曲成形的三维有限元模型，解决了“电磁-热”与“热-力”耦合、边界条件处理以及网格划分等建模关键问题，避免了空气域边界造成的电磁反射波对感应

5、加热的影响，实现了管坯在稳定的电磁感应加热条件下的弯曲过程，并通过实验对有限元模型的可靠性进行了验证，模拟和实验结果吻合较好。针对X60级管线钢材料进行了热模拟实验，得到不同温度下材料的应力-应变关系。基于所建立的有限元模型，分析了大口径厚壁感应加热弯曲过程中的变形行为。发现：在弯矩作用下，管壁内表面与外表面之间沿圆周方向出现应力中性层；变形区周向塑性应变非常小，变形主要产生在径向和轴向，而随着管壁推出变形区，其周向塑性应变随弯曲的进行有所增大，其余两方向的塑性应变基本不发生变化；弯管头部椭圆度大于尾部，椭圆度最大值位于弯管中部与

6、尾部之间。探明了大口径厚壁感应加热弯曲过程中关键工艺参数对弯管成形质量的影响规律，发现：当弯曲半径为2D0时，弯管内弧侧出现起皱现象；弯曲半径增大，弯管椭圆度、壁厚变化率均减小；随着感应线圈宽度增大，弯管椭圆度、壁厚变化率均减小，但当线圈宽度增大到82mm时，弯管内侧管壁开始产生起皱现象；感应加热区温度降低，管壁厚度产生明显变化，同时椭圆度增大；当感应加热区温度为851℃-905℃时，管壁内侧开始发生起皱现象；推进速度增大，弯管椭圆度增大，变形均匀性变差，而壁厚变化率减小；当推进速度为54mm/min时，弯管内侧明显起皱，同时弯管

7、中部产生明显的塌陷现象。II中文摘要选取成形过程中最为关键的三个工艺参数作为设计变量进行正交试验分析。试验发现：弯曲半径对椭圆度、内弧侧增厚率和外弧侧减薄率的影响都较显著；加热宽度对椭圆度有显著影响；推进速度对这三个指标都无显著影响。综合考虑大口径厚壁感应加热弯管的椭圆度和壁厚变化率，确定优选工艺参数组合为：加热宽度为60mm，推进速度为40mm/min，弯曲半径为3.5D0。关键词：大口径厚壁管感应加热弯曲壁厚变化率椭圆度塑性应变论文类型：基础研究本文得到陕西省青年科技新星计划项目的支持（2015KJXX-73）III英文摘要S

8、ubject：FiniteElementSimulationStudyonbendingprocessoflarge-caliberthick-walltubebyinductionheatingSpeciality：MaterialProcess