CPE顶管机组顶管过程数值模拟

发布时间：2017-09-27 22:21

  本文关键词：CPE顶管机组顶管过程数值模拟

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【摘要】：CPE顶管机组是生产热轧无缝钢管的重要机组之一。CPE顶管机组具有投资规模小、操作和设备维护简单、延伸系数大等特点,钢管D/S可达40以上,比较适合中小直径薄壁无缝钢管的生产。但在生产某些钢种的钢管时,容易出现表面裂纹和壁厚收缩等缺陷。目前关于顶管机组生产钢管时的金属变形行为的研究较少,主要靠经验生产,生产过程不稳定。本文通过对顶管机组钢管生产工艺进行研究,可为该工艺的改进和完善提供科学依据。本文借助于商用有限元模拟软件Simufact,以江苏常宝钢管CPE顶管机组为研究对象,对5Cr钢管典型规格Ф110×4.85 mm顶管过程进行三维弹塑性热力耦合有限元模拟。重点研究顶管过程的芯棒力、荒管横向壁厚精度以及分析产生表面裂纹的倾向性。本文研究有如下主要结论:(1)芯棒/钢管界面摩擦系数对顶管过程芯棒力的影响较大,辊模/钢管界面摩擦系数对顶管过程中芯棒力的影响不明显;(2)荒管横向壁厚沿孔型宽度方向呈“W”形分布,在孔型侧壁角30°处出现最大值,最小值出现在孔型顶部(孔型开口)处附近;(3)当芯棒/钢管界面摩擦系数增大时,荒管横向壁厚增大,横向壁厚不均度降低;辊模/钢管界面摩擦系数和毛管初始温度对荒管横向壁厚精度影响不明显;(4)在顶管过程中,钢管内表层的应力、等效塑性应变和等效应变速率在辊模孔型顶部(孔型开口处)都较大,极易在该部位诱发裂纹。
【关键词】：CPE顶管机组 芯棒力 横向壁厚精度 裂纹 数值模拟
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG333.8
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 文献综述9-26
• 1.1 我国热轧无缝钢管生产情况及主要设备9-14
• 1.1.1 我国热轧无缝钢管生产情况9-12
• 1.1.2 我国热轧无缝钢管生产的主要设备12-14
• 1.2 CPE顶管机组的发展概况14-17
• 1.3 CPE顶管机组的主要设备17-21
• 1.4 CPE顶管机组与连轧管机组的比较21-22
• 1.5 文献的主要结论及有待研究的问题22-23
• 1.5.1 文献的主要结论22
• 1.5.2 有待研究的问题22-23
• 1.6 论文研究背景、目的、意义、内容及技术路线23-25
• 1.6.1 论文研究背景23-24
• 1.6.2 本文研究的目的及意义24
• 1.6.3 本文的主要研究内容24
• 1.6.4 本文研究的技术路线24-25
• 1.7 论文研究的创新点25-26
• 第二章 数值模型的建立26-36
• 2.1 变形工具的定义26-29
• 2.1.1 辊模的定义26-29
• 2.1.2 芯棒的定义29
• 2.2 变形体单元划分29-30
• 2.3 材料模型的建立30-33
• 2.3.1 5Cr钢的热物性参数30-31
• 2.3.2 5Cr钢的流变应力31-33
• 2.3.3 5Cr钢的材料模型33
• 2.4 初始条件和边界条件33-34
• 2.5 传热边界条件34
• 2.6 摩擦边界条件34
• 2.7 有限元模拟方案34
• 2.8 本章小结34-36
• 第三章 顶管过程芯棒力研究36-42
• 3.1 毛管初始温度对芯棒力的影响36-38
• 3.1.1 芯棒力随时间的变化36-37
• 3.1.2 平均芯棒力和最大芯棒力37-38
• 3.2 辊模/钢管界面摩擦系数对芯棒力的影响38-39
• 3.3 芯棒/钢管界面摩擦系数对芯棒力的影响39-40
• 3.4 本章小结40-42
• 第四章 荒管横向壁厚精度研究42-51
• 4.1 荒管横向壁厚的分布规律42-43
• 4.2 横向壁厚精度的指标43-44
• 4.2.1 平均壁厚43
• 4.2.2 横向壁厚不均度43-44
• 4.3 芯棒/钢管界面摩擦系数对荒管横向壁厚精度的影响44-45
• 4.4 辊模/钢管界面摩擦系数对荒管横向壁厚精度的影响45-47
• 4.5 毛管初始温度对荒管横向壁厚精度的影响47-49
• 4.6 本章小结49-51
• 第五章 顶管过程钢管温度分析51-55
• 5.1 钢管温度对顶管过程的影响51
• 5.2 芯棒/钢管界面摩擦系数对钢管温度的影响51-53
• 5.3 辊模/钢管界面摩擦系数对钢管温度的影响53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第六章 顶管过程形成裂纹倾向性研究55-63
• 6.1 应力对形成裂纹倾向性的影响55-58
• 6.2 等效塑性应变对形成裂纹倾向性的影响58-59
• 6.3 等效应变速率对形成裂纹倾向性的影响59-62
• 6.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67

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