X90管线管冷弯过程数值模拟及性能研究

发布时间：2017-08-11 13:24

  本文关键词：X90管线管冷弯过程数值模拟及性能研究

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【摘要】：冷弯管作为油气运输的特种设备,被广泛应用于石油天然气长输管道工程中。其主要作用是小角度改变管道线路走向,从而满足复杂地形区域的施工要求。随着长输管道的口径和钢级不断增大,冷弯管的制作难度也随之增加。如果弯制工艺未控制好,会使冷弯管产生较大缺陷,这些缺陷会对冷弯管疲劳性能、承载能力以及服役安全性产生不利影响,从而增大冷弯管失效风险。因此在冷弯管实际制作过程中,优选合理的冷弯工艺参数对于生产出高品质、高性能的冷弯管是极其重要的。本文将采用数值模拟计算对冷弯管的冷弯过程进行模拟分析,主要包括以下几方面的工作：(1)对冷弯管弯曲成型过程进行研究。包括冷弯管弯制原理、弯制工艺以及弯制过程中可能出现的质量缺陷。(2)对冷弯管冷弯过程进行数值模拟。首先根据现场实际情况建立冷弯管有限元模型,包括材料参数设定、单元选择、网格划分以及接触对和边界条件的设定。然后对第一次冷弯过程进行有限元分析,得到第一次冷弯过程的应力应变大小及分布情况。最后对后续弯曲进行有限元分析,计算出各步弯制的弯曲角度和整体弯制角度大小。(3)分析弯制完成后冷弯管的外形尺寸。主要包括回弹量、椭圆度、波浪度以及壁厚减薄率大小的测定,从而确定冷弯管外形质量符合冷弯管制作验收标准。(4)分析计算冷弯管爆破压力和极限压力。通过数值模拟得到冷弯管爆破压力,同时分析计算了直管的爆破压力作为对比。结果表明冷弯管的承载小于直管,说明冷弯过程对管道的承载能力有所削弱。(5)分析冷弯工艺参数对冷弯管外形尺寸的影响,包括提升高度、弯制步长及管长对外形尺寸的影响,从而对冷弯工艺参数进行优化。
【关键词】：冷弯管 数值模拟 应力 应变 回弹量 外形尺寸 承载能力
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE97
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 选题的背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-19
• 1.2.1 冷弯管的相关标准9-11
• 1.2.2 国外的相关技术研究11-17
• 1.2.3 国内的相关技术研究17-19
• 1.3 研究内容与方法19-21
• 1.3.1 本文研究内容19-20
• 1.3.2 本文研究方法20-21
• 第二章 大口径冷弯管弯曲成型过程研究21-29
• 2.1 冷弯管弯曲成型机理21-22
• 2.2 冷弯管制作简介22-23
• 2.2.1 冷弯管制作过程22-23
• 2.2.2 冷弯管工艺参数23
• 2.3 冷弯管弯曲过程中的质量缺陷23-27
• 2.3.1 冷弯管的弯曲回弹现象24-25
• 2.3.2 弯管截面的椭圆形畸变25
• 2.3.3 弯管过程中管壁厚度减薄25-26
• 2.3.4 弯曲段内侧失稳起皱26-27
• 2.4 冷弯管质量检测与评价27-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 冷弯管冷弯过程数值模拟29-45
• 3.1 引言29
• 3.2 冷弯管有限元分析理论基础29-30
• 3.3 建立冷弯管有限元模型30-37
• 3.3.1 建立几何模型30-31
• 3.3.2 设置材料参数31-33
• 3.3.3 选择单元类型33-34
• 3.3.4 模型网格划分34
• 3.3.5 建立接触对34-35
• 3.3.6 边界条件与载荷35-37
• 3.4 第一次弯曲过程有限元分析37-39
• 3.4.1 回弹前后Y方向位移37-38
• 3.4.2 回弹后残余应力分析38
• 3.4.3 总体应变分析38-39
• 3.5 整管弯曲过程有限元分析39-43
• 3.5.1 后续弯曲模拟方法39
• 3.5.2 整管弯曲有限元分析39-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第四章 冷弯管外观质量分析45-56
• 4.1 引言45-46
• 4.2 回弹量分析计算46-48
• 4.2.1 回弹量的计算46-47
• 4.2.2 回弹量的分析47-48
• 4.3 椭圆度分析计算48-52
• 4.3.1 管口椭圆度48-51
• 4.3.2 弯管段椭圆度51-52
• 4.4 波浪度分析计算52-54
• 4.5 壁厚减薄率分析计算54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 冷弯管爆破压力的分析计算56-64
• 5.1 引言56
• 5.2 直管爆破压力分析56-59
• 5.2.1 不同屈服准则下的直管爆破压力计算56-58
• 5.2.2 直管爆破压力有限元分析计算58-59
• 5.3 冷弯管爆破压力分析59-60
• 5.4 极限载荷分析60-63
• 5.4.1 失效分析60-62
• 5.4.2 极限载荷分析62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 冷弯工艺参数对外形尺寸的影响64-77
• 6.1 引言64
• 6.2 提升高度对冷弯管外形尺寸的影响64-69
• 6.2.1 提升高度对回弹角的影响64-65
• 6.2.2 提升高度对椭圆度的影响65-67
• 6.2.3 提升高度对波浪度的影响67-68
• 6.2.4 提升高度对壁厚减薄率的影响68-69
• 6.3 弯制步长对冷弯管外形尺寸的影响69-72
• 6.3.1 弯制步长对椭圆度的影响69-71
• 6.3.2 弯制步长对波浪度的影响71-72
• 6.3.3 弯制步长对壁厚减薄率的影响72
• 6.4 管长对冷弯管外形尺寸的影响72-76
• 6.4.1 管长对回弹角的影响73
• 6.4.2 管长对椭圆度的影响73-74
• 6.4.3 管长对波浪度的影响74-75
• 6.4.4 管长对壁厚减薄率的影响75-76
• 6.5 本章小结76-77
• 第七章 结论与展望77-79
• 7.1 结论77-78
• 7.2 创新点78
• 7.3 展望78-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-84
• 硕士生期间的研究工作、发表论文、参加的学术活动情况84

【参考文献】

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