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差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形幾何形狀變化規(guī)律研究,姓    名：唐  巧 班        級(jí)：材料0701 院  (系)：材料科學(xué)與工程學(xué)院 指導(dǎo)老師：李蘭云,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),論文提綱,1  緒論 2  差厚拼焊管有限元模型的建立 3  有限元模擬結(jié)果的分析 4  總結(jié),西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),1  緒論,選題背景,,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),,內(nèi)高壓成形是一種加工空心輕體的先進(jìn)制造技術(shù)。管件液壓成形技術(shù)又稱(chēng)為內(nèi)高壓成形技術(shù)。內(nèi)高壓成形具有質(zhì)量輕，強(qiáng)度與剛度好，零件和模具數(shù)量少和成本低等優(yōu)點(diǎn) 。       差厚拼焊管內(nèi)高壓成形是用不同壁厚的焊接管材作為坯料，通過(guò)在管材內(nèi)施加液體壓力把管材加工成為所需形狀的零件。,1  緒論,課題的意義          許多學(xué)者都做了差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形的研究，用的材料主要是鋼材。脹形中出現(xiàn)的缺陷和脹形中的幾何形狀有關(guān)，研究幾何形狀的變化可以為后續(xù)的研究做鋪墊。本設(shè)計(jì)主要用鋁合金作為拼焊管的材料，研究差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形幾何形狀變化規(guī)律。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),2  差厚拼焊管有限元模型的建立,ABAQUS軟件的介紹,ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的工程有限元分析軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問(wèn)題。它包括一個(gè)非常豐富的、可模擬任意形狀的單元庫(kù)，以及與之相對(duì)應(yīng)的各種類(lèi)型的材料模型庫(kù) 。作為通用的模擬計(jì)算工具，ABAQUS能解決結(jié)構(gòu)的許多問(wèn)題。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),2  差厚拼焊管有限元模型的建立,本設(shè)計(jì)用的三維有限元模型包括兩個(gè)相同的約束模具和差厚拼焊管三個(gè)幾何實(shí)體。尺寸如上圖所示。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),2  差厚拼焊管有限元模型的建立,拼焊管用的是有限元為可變形體，模具用的是解析剛體。模型在創(chuàng)建好之后要給拼焊管賦于鋁合金材料。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),拼焊管幾何模型           模具幾何模型,2  差厚拼焊管有限元模型的建立,差厚拼焊管模型與模具的裝配           差厚拼焊管模型與模具建立好之后都在自己的坐標(biāo)系中，在裝配中就是把兩個(gè)模型放到一個(gè)坐標(biāo)中裝配好。 分析步驟            在裝配好模型之后就可以在分析步驟中設(shè)定加載的幅值曲線，主要包括加載的時(shí)間和加載過(guò)程中的步長(zhǎng)。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),2  差厚拼焊管有限元模型的建立,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),施加載荷,約束條件,2  差厚拼焊管有限元模型的建立,網(wǎng)格的劃分             網(wǎng)格的劃分是有限元模型的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)用的網(wǎng)格單元是邊長(zhǎng)為2mm的八節(jié)點(diǎn)的六面體單元。選好尺寸，撒好種子，在用ABAQUS中的默認(rèn)方式劃分。上圖為劃分好的網(wǎng)格。 分析計(jì)算           前面的步驟做好之后，就是可以輸入?yún)?shù)進(jìn)行計(jì)算，輸入的文件可以改變所加的壓力和幅值曲線等。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3  有限元模擬結(jié)果分析,有限元模擬可靠性分析       根據(jù)能量條件來(lái)判斷模型的可靠性。外界對(duì)工件做的功轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぜ膬?nèi)能和動(dòng)能，外力功轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能愈大，動(dòng)能越小，模擬的結(jié)果的可靠性越高，一般來(lái)說(shuō)，如果成形過(guò)程的絕大部分時(shí)間內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)能的比值小于10%，模型就是可靠的。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3  有限元模擬結(jié)果分析,管厚差異的表征方法 厚度比： ηt= tk/ tn tk— 厚壁管的壁厚                        tn— 薄壁管的壁厚,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3  有限元模擬結(jié)果分析,焊縫初始位置的表征方法   長(zhǎng)度比： ηl=Ln/Lk           Ln— 薄壁管的初始長(zhǎng)度；                Lk— 厚壁管的初始長(zhǎng)度。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3  有限元模擬結(jié)果分析,管厚差對(duì)差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形幾何形狀的影響         本設(shè)計(jì)用徑向位移來(lái)說(shuō)明差厚拼焊管脹形的大小及幾何形狀的變化，管厚差是差厚拼焊管的主要特征。管厚比分別用1.1、1.2、1.3、1.5、2.0的模型來(lái)對(duì)比分析幾何形狀的變化及應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),3  有限元模擬結(jié)果分析,厚管與薄管脹形后的差異較大 薄管脹形之后為橢球形，厚管脹形之后為錐形 管厚比越大，厚管脹形越不明顯,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),,,長(zhǎng)度比ηl=0.5時(shí)不同管厚比的徑向位移隨距厚管端面距離的曲線圖,3  有限元模擬結(jié)果分析,管厚比不同，應(yīng)力的分布規(guī)律時(shí)相同的。在單個(gè)薄管或厚管中，應(yīng)力由兩端向中間逐漸遞減；薄管與模具或焊管連接處的應(yīng)力是最大的。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),拼焊管的應(yīng)力分布,ηt=1.1                                                 ηt=1.5,3  有限元模擬結(jié)果分析,應(yīng)變的分布規(guī)律也是相同的。厚管的應(yīng)變?yōu)榱?，說(shuō)明厚管基本不變形；而薄管由兩端到中間，應(yīng)變逐漸增加。并且管厚比不同，薄管的變形大小不同，管厚比越大，薄管上的最大的應(yīng)變值越小，說(shuō)明變形量就越小。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),ηt=1.1                                          ηt=1.5 拼焊管的應(yīng)變分布圖,3  有限元模擬結(jié)果分析,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),五個(gè)位置焊縫的示意圖,焊縫位置是差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形的一個(gè)重要的參數(shù),3  有限元模擬結(jié)果分析,薄管和厚管發(fā)生脹形的大小都不相同，薄管的脹形始終大于厚管的脹形。 厚管越長(zhǎng)，厚管的脹形越大，薄管的脹形越小。 發(fā)生脹形之后薄管的外形為橢球形，厚管的外形為圓錐形。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),,管厚比為1.1時(shí)不同焊縫位置處，徑向位移隨距厚管端面距離的曲線圖,3  有限元模擬結(jié)果分析,應(yīng)力分布的規(guī)律是相同的。對(duì)單個(gè)薄管或厚管來(lái)說(shuō)，應(yīng)力分布由管的兩端向中間逐漸遞減。薄管與模具或焊縫相連處的應(yīng)力是最大的。最大的應(yīng)力隨著脹形量的增加而增加 。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),ηl=0.5                                            ηl=1.0 拼焊管應(yīng)力分布圖,3  有限元模擬結(jié)果分析,應(yīng)變的分布規(guī)律也是相同的，厚管的應(yīng)變?yōu)榱?，薄管的?yīng)變由薄管兩端到薄管中間脹形最大處，應(yīng)變逐漸增加。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),ηl=0.5                                           ηl=1.0 拼焊管的應(yīng)變分布圖,3  有限元模擬結(jié)果分析,焊縫位置不同對(duì)于差厚拼焊管脹形的影響較大。即使在同一壓力下，厚管越短，薄管發(fā)生的脹形就越大，甚至發(fā)生脹破現(xiàn)象。左圖中應(yīng)力為零，說(shuō)明管子已經(jīng)脹破。,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),ηl=2.0 時(shí)脹破的應(yīng)力圖,4   結(jié)論,差厚拼焊管內(nèi)高壓脹形的幾何外形變化為：厚管為圓錐形變化，薄管為橢球形變化，并且總是薄管優(yōu)先發(fā)生脹形直到脹破，厚管總是滯后于薄管發(fā)生脹形； 厚度比越大，薄管與厚管脹形的差異越大基本，管厚比增加到一定的時(shí)候，薄管的脹形減小，厚管基本不發(fā)生變形；,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),4   結(jié)論,西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),焊縫越靠近厚管位置，即薄管越長(zhǎng)，薄管的發(fā)生的脹形越大，甚至發(fā)生脹破，厚管的脹形越小； 無(wú)論差厚比和管長(zhǎng)比怎樣變化，應(yīng)力應(yīng)變的分布規(guī)律基本相同：在單個(gè)薄管厚或厚管中，應(yīng)力由端面到中間位置時(shí)，應(yīng)力逐漸減?。槐」苡蓛啥说街虚g位置處，應(yīng)變逐漸增加，厚管的應(yīng)變?yōu)榱恪?西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文),謝謝各位老師！ 敬請(qǐng)批評(píng)指正！,