液压胀管工艺残余接触压力分析.pdf

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1、制造技术／工艺装备现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2012年第11期液压胀管工艺残余接触压力分析魏峥(山东理工大学机械工程学院，淄博255049)摘要：通过对APl000型管子-管板的液压胀接过程进行分析，充分利用ANSYS软件的面一面接触单元，研究管子．管板材料、管子一管板尺寸、管孔排列方式、胀管压力、保压时间等因素与残余接触压力之间的关系，从而为管子一管板胀接工艺参数的确定提供理论依据。最后应用APl000型管子进行胀管实验，证明了理论计算的准确性。关键词：液压胀管；接触应力；有限元分析中图分类号：

2、TQ051文献标志码：B文章编号：1671q133(2012)11—0073—04Analysisofresidualcontactpressureduringhydraulicexpandedtube-to-tubesheetjointWeiZheng(ShandongUniversityofTechnology，Zibo255049，Shandong，China)Abstract：Inordertostudytheresidualcontactpressureduringhydraulicexpandedtube—to-tubesheetj

3、oint，afiniteelementanaly-sismethodisproposedandplate—platecontactelementisusedforanalyzingthehydraulicexpandedprocessofAPl000tube—to·tubesheet．Finally，theinfluencehctomofhydraulicexpandedprocessisstudied。andtherelationsbetweeninfluencefactorsandresidualcontactpressureisprese

4、nted，whichprovidestheoreticalbaseforprocessparametersofexpandedtube—to—tubesheetjoint．AnexperimentisfulfilledonAPl000tube—to—tubesheet，andthetheoreticalcalculationstallywiththeexperimentresultswell．Keywords：hydraulicexpandedtube—to—tubesheetjoint；contactingpressure；finiteele

5、mentanalysis0引言1液压胀管有限元分析液压胀管工艺过程通常分为如下三个阶段¨1。1)对管内壁加载，直至管外壁与管孔内壁相接触。2)持续对管内壁加载，直至达到最大胀管量，完成保压过程。3)管内壁卸载，直至管内壁胀管压力为零。加载、保压完成后，管子产生严重的塑性变形，管板则主要处于弹性变形状态。卸载后，由于管板弹性回复，将管子压紧形成胀管接头。在胀管工艺过程中，残余接触压力是衡量液压胀管质量和可靠性最重要的力学参量拉-，它与拉脱力及密封性都有直接关系，足够的残余接触压力是保证关节紧密性和强度的关键。为对液压胀管性能进行研究，应主要分析胀

6、管过程中各影响因素对管子与管板之间残余接触压力的影响。液压胀管是一个涉及几何非线性和材料非线性的复杂力学问题∞1，本文对APl000型管子．管板的残余接触压力进行分析，确定液压胀管过程中的相关工艺参数，这些对液压胀管具有重要的工程意义和参考价值。国内外许多专家学者已经利用有限元软件对液压胀管问题进行了研究H一]，如Chaaban和Wilson等人分别对管子与管板的胀接过程进行了模拟。与其他有限元软件相比，ANSYS软件的面-面接触单元不受刚体表面形状和初始渗透限制，可处理带滑动或摩擦的大变形问题，并支持高阶和低阶单元旧J，因此能解决大变形、大应

7、变和应力刚化等几何非线性问题。本文利用ANSYS软件对液压胀管过程进行有限元分析。1．1模型建立通常用于分析胀管过程的管孔分布形式有正方形和三角形两种四1。对应于正方形分布胀管模型为单孔，胀管过程中，胀接压力均布于管子内壁。对应于三角形分布的胀管模型有七孔、十九孔两种，如图1、图2所示。用于蒸汽发生器的APl000型管子数目多、排列不规则，宜采用三角形分布。由于，十九孔模型计算732012年第11期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)图1七孔模型图2十九孔模型量大，外层管孔距胀管孔较远，对胀管影响有限。所以

8、，本文采用七孔模型。因七孔模型是轴对称结构，建模过程中取1／4进行分析。图3所示为APl000型管子．管板的接头形式。管板厚度按以下公式进行计算㈣：D