核级厚壁管热推弯成形有限元模拟及试验研究

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1、中图分类号：TG376.3TG376.9论文编号：102870615-S058学科分类号：080503硕士学位论文核级厚壁管热推弯成形有限元模拟及试验研究研究生姓名裴文娇学科、专业材料加工工程研究方向金属塑性成形指导教师陶杰教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialsScienceandTechnologyNumericalSimu

2、lationandExperimentalInvestigationontheHotPushedBendingofThick-walledTubesforNuclearIndustryAThesisinMaterialsProcessingEngineeringbyPeiWenjiaoAdvisedbyProf.TaoJieSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书

3、本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要厚壁管件在核电产业中有着广泛的应用，为了探索厚壁弯头和两端带直段厚壁弯管的制造方法和成形

4、规律，本文以P11合金钢和316L不锈钢厚壁管为研究对象，利用单向热压缩实验、有限元数值模拟软件DEFORM-3D和中频热推弯设备，获取了金属管材在高温下的材料本构关系，建立了局部动态感应加热有限元模型，研究了中频热推弯过程中几何和工艺参数对成形质量的影响规律，最终制备出符合核电管件要求的Φ114mm×6mm的厚壁弯头和Φ323.9mm×35mm×5D两端带直段厚壁弯管。首先，通过单向热压缩实验得到P11合金钢和316L不锈钢在高温变形下的真应力-应变曲线，研究分析了材料在高温下的流变应力行为，构建了可用

5、于有限元模拟的材料本构模型。然后，利用得到的材料本构关系数值模拟中频热推弯厚壁管件成形过程，采用能够准确描述真实温度场变化的温度差模型，研究工艺参数对成形质量的影响规律。结果显示：对管坯进行中频感应加热推弯，可以有效地成形出厚壁管件；P11合金钢采用双曲率轴线的牛角芯棒模型，感应线圈加热选择频率1000HZ，电流密度为10A/mm2，在5mm/s的推制速度下，能够成形出质量较好的厚壁弯头；316L不锈钢采用带弯头的摆臂模型，使旋转中心偏离卡具，并与感应线圈在一个垂直于管坯轴线方向的平面内，选择线圈加热频率

6、为1500HZ，电流密度为300A/mm2，在30mm/s的推制速度下能够成形出质量较好的两端带直段的厚壁弯管。最后，利用中频热推弯设备分别进行厚壁弯头和两端带直段厚壁弯管的实际成形试验。结果表明：在模拟优化工艺参数的指导下，成形出的厚壁管件能够达到所需的规格要求。壁厚和截面畸变的测量值与模拟值相对误差率小，且变化趋势基本一致，验证了几何和工艺参数对成形质量的影响规律，证明了建立的材料高温模型和有限元模型是真实准确的。关键词：厚壁管，局部感应加热，热推弯，成形性能，DEFORM-3D，有限元模拟IAbst

7、ractConsideringthewideapplicationsofthick-walledpipesinnuclearpowerindustry,weusedP11alloysteeland316Lstainlesssteelthick-walledtubesasthesubstratematerialstoexplorethemanufacturingmethodandforminglawofthethick-walledelbowandthick-walledtubeswithstraights

8、ectionsinthiswork.Theconstitutiverelationofmetaltubesathightemperatureswasobtained,andthelocalinduction-heatingfiniteelementmodelwasalsoestablishedbymeansoftheuniaxialhotcompressiontest,DDFORM-3Dsimulationsoftware,a