机械扩径过程的数值模拟与工艺参数优化

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1、摘要机械扩径工艺及其装备是建设大直径直缝焊管生产线的关键技术之一。本文针对大直径管线钢管机械扩径技术问题，采用有限元数值模拟方法和优化方法，对大直径管线钢管的机械扩径工艺过程进行了数值模拟，并对其主要工艺参数进行了优化。文章详细推导了机械扩径时扩径模具的行程计算公式，并给出了机械扩径机液压缸的行程表达式。与已有的研究成果比较，本文给出的扩径行程计算公式不仅考虑了整圆和扩径的两个阶段，而且还考虑到了模具与管坯的初始接触状况对扩径行程的影响，考虑到了扩径机活塞杆及扩径轴轴向伸长的影响，是一个比较精确的工程计算公式。文章采用M

2、ARC软件，对管线钢管的机械扩径成形过程进行了大量的数值模拟。在对m1422×25．4rl-llrt、m1016×16alto、m813x14iTlIn、0610×13rnm和0508×13lllrn等规格钢管扩径过程的数值模拟基础上，细致的分析了模具半径、模具边缘圆角半径和扩径率对成形过程的影响规律。作者用Python语言设计了用于机械扩径工艺参数优化的遗传算法程序，并实现了与MARC软件的结合。论文以制品的圆度误差最小为目标函数，以扩径率、模具半径、模具边缘圆角半径为设计变量，对机械扩径成形过程的主要工艺参数进行了优

3、化。优化结果与数值模拟结果相吻合。这部分工作为机械扩径生产实际过程的工艺参数选择提供了理论依据，具有理论意义和实际应用价值。关键词钢管；数值模拟；机械扩径；工艺：优化；遗传算法燕山大学工学硕士学位论文AbstractMechanicalexpandingprocessingandcorrespondingequipmentsarekeytechnologiestobuildproductionlineofs仃mght-se锄weldedpipewitlllargediameter．Inthepaper,themechan

4、icalexpandingprocessofstraight-seamweldedpipewitlllargediameterissimulatedbyFEMandoptimizationtechnology,andtheprincipalprocessingparametersareoptimized．Thestrokeofdieduringthecourseofmechanicalexpandingisdeducedindetail，andthestrokeofhydrauliccylinderintheexpand

5、ingmachineisformulatedtoo．Similartothepreviousresearchoutcome，theformulaobtainedbythepresentdissertationconsidersroundingstageandexpandingstageduringthecourseofmechanicalexpanding．Inaddition，theeffectofinitialcontactstatebetweendieandbilletonthestrokeofdieistaken

6、inaccount．Moreover，theeffectofpistonbarandexpandingaxis’Selongationonthestrokeofdieisconsideredtoo，SOitisamoreaccurateformulaforengineeringapplication．AlargenumberofnumericalsimulationsonthemechanicalexpandingprocessoflinepipeareperformedbyMARCsoftware．BasedOnthe

7、simulationsaboutthepipespecificationsuchasml422X25．4111111．m1016)<16lnnl，0813×14mnl，m610×13milland．508×13nlln，theeffectsofdie’Sradius，filletradiusofdie’SbrimandexpandingratioOilthedeformationcoBrse鼬analyzedindetail．ThebasicgeneticalgorithmprocedureprogrammedinPyt

8、honlanguageisadoptedtooptimizetheprocessingparametersofmechanicalexpandingprocess，andtheprocedureiscombined、ⅣithMARCSoftware．Regardingdie’Sradium．filletofdie’S