核级厚壁管热推弯成形有限元模拟及试验研究

发布时间：2017-09-16 19:46

  本文关键词：核级厚壁管热推弯成形有限元模拟及试验研究

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【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Φ114 mm×6 mm的厚壁弯头和Φ323.9 mm×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1000 HZ,电流密度为10 A/mm2,在5 mm/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,选择线圈加热频率为1500 HZ,电流密度为300A/mm2,在30 mm/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
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM623;TG306
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 引言13-14
• 1.2 管材弯曲变形应力应变分析14-15
• 1.3 管材弯曲工艺15-20
• 1.3.1 压弯成形16
• 1.3.2 辊弯成形16-17
• 1.3.3 绕弯成形17
• 1.3.4 径向冲压17-18
• 1.3.5 冲压焊接18
• 1.3.6 液压剪切弯曲18-19
• 1.3.7 轴向冷推弯成形19-20
• 1.4 国内外研究现状20-21
• 1.5 研究意义21
• 1.6 主要研究内容及技术路线21-24
• 第二章 厚壁管高温塑性变形行为实验研究24-40
• 2.1 引言24
• 2.2 实验材料及实验方法24-26
• 2.2.1 实验材料24-25
• 2.2.2 热模拟压缩实验25-26
• 2.3 材料均匀塑性变形过程本构关系的确立26-36
• 2.3.1 材料的流变应力曲线26-28
• 2.3.2 本构方程的拟合及关键参数计算28-34
• 2.3.3 本构方程的验证34-36
• 2.4 热压缩后材料微观组织36-38
• 2.5 DEFORM-3D中材料模型的构建38-39
• 2.6 本章小结39-40
• 第三章 牛角芯棒中频热推厚壁弯头有限元数值模拟及试验研究40-55
• 3.1 引言40-41
• 3.2 牛角芯棒中频热推厚壁弯头有限元模型41-44
• 3.2.1 单元划分41
• 3.2.2 材料模型41-43
• 3.2.3 物体对象间关系定义43-44
• 3.2.4 局部动态感应加热模型44
• 3.3 中频热推厚壁弯头模拟分析及工艺优化44-50
• 3.3.1 牛角芯棒几何形状44-46
• 3.3.2 推制速度46-47
• 3.3.3 加热温度47-49
• 3.3.4 优化参数下的弯头成形仿真结果49-50
• 3.4 牛角芯棒中频热推厚壁弯头成形试验研究50-54
• 3.4.1 成形试验50-51
• 3.4.2 试验结果与有限元模拟的对比51-52
• 3.4.3 微观组织的分析52-53
• 3.4.4 力学性能的分析53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 摆臂渐进式中频热推带直段厚壁弯管的有限元模拟及试验研究55-71
• 4.1 引言55-57
• 4.2 摆臂渐进式中频热推带直段厚壁弯管有限元模型57-59
• 4.2.1 单元划分57
• 4.2.2 材料模型57-58
• 4.2.3 物体对象间关系定义58
• 4.2.4 局部动态感应加热和快速冷却模型58-59
• 4.2.5 弯曲过程的主从运动设置59
• 4.3 摆臂渐进式中频热推带直段厚壁弯管模拟分析及工艺优化59-65
• 4.3.1 摆臂几何形状59-61
• 4.3.2 推制速度61-62
• 4.3.3 加热温度62-63
• 4.3.4 优化参数下的弯管成形仿真结果63-65
• 4.4 摆臂渐进式中频热推成形试验65-70
• 4.4.1 成形试验65
• 4.4.2 试验结果与有限元模拟的对比65-67
• 4.4.3 微观组织的分析67-68
• 4.4.4 力学性能的分析68-69
• 4.4.5 试验遇到的问题及解决措施69-70
• 4.5 本章小结70-71
• 第五章 结论与展望71-73
• 5.1 结论71-72
• 5.2 展望72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78-79
• 在学期间发表的学术论文79

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