感應加熱彎曲工藝是制造高性能彎管的先進成形技術,廣泛應用于油氣管線、建筑結構以及機械設備等領域彎管的制造。然而,在彎曲過程中,管壁容易出現內弧側起皺、外弧側減薄及徑向截面畸變等缺陷,如何控制和提高大口徑厚壁彎管的成形質量成為具有挑戰(zhàn)性的難題。同時,大口徑厚壁感應加熱彎曲成形是一個集幾何、物理和邊界三重非線性為一體的復雜成形過程,具有多物理場耦合、非穩(wěn)態(tài)、多參數和非等溫等變形特征,單純采用理論分析、試驗方法和有限元模擬都難以實現對該過程準確全面的研究。為此,本文采用有限元模擬方法為主,實驗與理論方法為輔的研究方式,以Φ600×10.86mm X60厚壁管為研究對象,對大口徑厚壁管感應加熱彎曲成形過程進行了系統深入的研究,主要研究內容及結果如下:基于COMSOL Multiphysics軟件,建立了管材感應加熱彎曲成形的三維有限元模型,解決了“電磁-熱”與“熱-力”耦合、邊界條件處理以及網格劃分等建模關鍵問題,避免了空氣域邊界造成的電磁反射波對感應加熱的影響,實現了管坯在穩(wěn)定的電磁感應加熱條件下的彎曲過程,并通過實驗對有限元模型的可靠性進行了驗證,模擬和實驗結果吻合較好。針對X60級管線鋼... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 管材彎曲加工方法及其特點
    1.3 管材感應加熱彎曲成形技術簡介
        1.3.1 管材感應加熱彎曲成形過程基本原理
        1.3.2 管材感應加熱工藝的優(yōu)點
    1.4 管材彎曲成形的國內外研究現狀
        1.4.1 理論研究
        1.4.2 有限元模擬研究
        1.4.3 試驗研究
        1.4.4 感應加熱彎曲成形工藝研究中存在的問題
    1.5 本文的研究背景及意義
    1.6 本文主要研究內容與思路
        1.6.1 主要研究內容
        1.6.2 研究思路
第二章 感應加熱理論及管材彎曲力學基礎
    2.1 感應加熱的數學模型
        2.1.1 感應加熱原理
        2.1.2 電磁熱轉換過程
        2.1.3 感應加熱磁場數學模型
        2.1.4 感應加熱的溫度場數學模型
    2.2 管材感應加熱彎曲的受力分析
        2.2.1 彎管變形區(qū)應力分析
        2.2.2 彎管變形區(qū)應變分析
        2.2.3 管材感應加熱彎曲推進力分析
        2.2.4 變形區(qū)軸向推力和剪力
        2.2.5 感應加熱彎管力矩分析
    2.3 本章小結
第三章 管材感應加熱彎曲成形有限元模型建立
    3.1 引言
    3.2 COMSOL Multiphysics軟件介紹
    3.3 管材感應加熱彎曲三維有限元模型的建立
        3.3.1 幾何實體的建立
        3.3.2 材料的添加
        3.3.3 邊界條件
        3.3.4 多物理場耦合
        3.3.5 網格劃分
        3.3.6 求解器的選擇
    3.4 本模型的特點
    3.5 模型有效性驗證
        3.5.1 管坯材料的本構關系
        3.5.2 線圈材料和環(huán)境材料
        3.5.3 實驗驗證
    3.6 本章小結
第四章 大口徑厚壁管感應加熱彎曲成形過程的變形行為
    4.1 引言
    4.2 感應加熱彎管的溫度分布規(guī)律
    4.3 感應加熱彎管應力分布
        4.3.1 成形彎管的應力分布
        4.3.2 變形區(qū)軸向應力分布
    4.4 感應加熱彎管應變分布規(guī)律
        4.4.1 成形彎管的等效塑性應變分布規(guī)律
        4.4.2 成形過程中彎管應變演變規(guī)律
    4.5 感應加熱彎管壁厚變化規(guī)律
        4.5.1 成形彎管壁厚變化規(guī)律
        4.5.2 成形過程中彎管壁厚演變規(guī)律
    4.6 感應加熱彎管橢圓度變化規(guī)律
        4.6.1 成形彎管宏觀輪廓變化規(guī)律
        4.6.2 成形彎管橢圓度分布規(guī)律
    4.7 本章小結
第五章 成形參數對感應加熱彎管變形行為的影響
    5.1 引言
    5.2 彎曲半徑對彎管變形行為的影響
        5.2.1 彎曲半徑對橢圓度的影響
        5.2.2 彎曲半徑對壁厚的影響
        5.2.3 彎曲半徑對彎管塑性變形的影響
    5.3 感應線圈寬度對彎管變形行為的影響
        5.3.1 線圈寬度對橢圓度的影響
        5.3.2 線圈寬度對壁厚的影響
        5.3.3 線圈寬度對彎管塑性變形的影響
    5.4 感應加熱區(qū)溫度對彎管變形行為的影響
        5.4.1 感應加熱區(qū)溫度對橢圓度的影響
        5.4.2 感應加熱區(qū)溫度對壁厚的影響
        5.4.3 感應加熱區(qū)溫度對彎管塑性變形的影響
    5.5 推進速度對彎管變形行為的影響
        5.5.1 推進速度對彎管的橢圓度影響
        5.5.2 推進速度對壁厚的影響
        5.5.3 推進速度對彎管塑性變形的影響
    5.6 夾頭初始角度對彎管變形行為的影響
        5.6.1 夾頭初始角度對橢圓度的影響
        5.6.2 夾頭初始角對壁厚的影響
        5.6.3 夾頭初始彎曲角對彎管塑性變形的影響
    5.7 本章小結
第六章 基于正交試驗的彎管成形參數的優(yōu)化設計
    6.1 引言
    6.2 優(yōu)化變量的選取
    6.3 正交試驗設計與數據分析
        6.3.1 正交試驗設計的基本步驟
        6.3.2 正交試驗的設計
        6.3.3 正交試驗數據分析
    6.4 正交試驗方差分析
        6.4.1 方差分析的必要性和顯著變動原則
        6.4.2 正交試驗方差分析
    6.5 工藝參數優(yōu)化分析
    6.6 本章小結
結論
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表的論文
致謝


【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3403374