螺旋盘管的工艺研究及数值模拟

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1、摘要螺旋盘管一般采用绕弯、滚弯、中频感应加热弯曲和火焰加热弯曲的成形工艺加工制造。由于在设计制造过程中多凭借经验，导致生产率低、生产成本高、成品件质量差等问题，而且一直没能得到很好解决。在此工业背景下，本文采用计算机数值模拟方法，研究螺旋盘管滚弯成形技术，以期进一步降低生产成本，提高螺旋盘管成形质量。为了得到空间弯曲件成形特点和变形规律，本文对螺旋盘管滚弯成形过程进行了分析研究，建立了空间弯曲成形的理论模型。依据三维弹塑性大变形动态分析理论，以大型商用有限元软件ANSYS／LS．DYNA为分析工具，对弯曲成形过程中

2、的边界条件进行了合理处理，实现了成形辊轮在空间位置的自由移动和转动，建立了螺旋盘管滚弯成形的有限元模型。通过螺旋盘管滚弯成形过程的数值模拟，解决了其成形过程中的稳定性问题，分析了螺旋盘管成形时断面壁厚、成形速度以及成形力的变化规律。通过对不同典型工况下的有限元分析，获得了压下轮压下量、理论成形速度、管径、管壁厚度、理论成形半径、成形辊轮半径对螺旋盘管成形质量、成形速度和成形力的影响规律。其研究结果对螺旋盘管空间弯曲成形理论的建立和成形工艺的制定具有指导意义。关键词螺旋盘管；空间弯曲；滚弯成形；数值模拟；ANSYS／

3、LS．DYNA燕山大学工学硕士学位论文AbstractNowadaysthespiraltubefiregenerallyproducedbymanufacturingprocessingtechniquewhichiscoilingbending，rollingbending，intermediatefrequencyinfluenceheatingbendingorflameheatingbending．Duetotheexperienceisadoptedindesigningandmanufacturing

4、，manyproblems，suchaslowerproductivity,highcost，lowqualityofproductandSOon，aren’tstillsolvedperfectly．Sobasedontheseindustrialstatusesinthispaper,throughthenttmericalsimul砒ionmethod，therollingbendingtechniquehasbeenresearchedinspiraltubeformingprocessing，inorde

5、rtoreducecostsandincreaseproductqualitiesfurther．Forgettingdeformingcharacteristicsandrulesofspacebendingparts，therollingbendingtechniqueofspiraltubehasbeenanalyzedandresearched，andthetheorymodelofspacebendingdeforminghassetup．Accordingtothree—dimension(3D)ela

6、stic-plasticdynamicanalyticaltheory,theborderconditionshavebeendealtwithinthebendingformingprocessofthespiraltuberationally,movingandrotatingofrollershavebeenrealizedfreelyinspace，thefiniteelementmodel(FEM)hasbeenestablishedusingcommercialFEManalysissoihfireAN

7、SYS／LS—DYNA．Throughthenumericalsimulationinthespiraltuberollingbendingformingprocess，thestabilityofplasticdeformationregionwasresolved，andthevariationalrulesofthicknessoncrosssection，formingvelocityanddeformingforceisresearched．Afterdifferentformingconditionsa

8、reanalyzed，theinfluencebetweenfeedofpressedroller,theoreticalformingvelocity,pipediameter,pipethickness，theoreticalformingradius，androllerradiuswithformingqualitiesofspiraltube，for