双金属复合管热液压成形过程数值模拟

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双金属复合管具有承压大和耐腐蚀等优良特性,广泛应用于油气管道运输。热液压成形工艺具有受压均匀和易成形的特点,用于成形复合管可以增加复合管间的结合力,成形后的复合管适用于高温复杂环境。目前对双金属复合管热液压成形性能的研究多为残余接触应力,而回弹、胀形系数、壁厚减薄率也是评价成形性能的重要指标。本文以SA106-B/316L双金属复合管为研究对象,对其热液压成形过程进行数值模拟,探究了工艺参数对双金属复合管热液压成形性能(残余接触应力、回弹、胀形系数、壁厚减薄率)的影响。主要研究内容如下:(1)运用ANSYS Workbench软件对双金属复合管热液压成形过程进行数值模拟,得到给定液胀压力下的残余接触应力,将数值模拟结果与已有文献试验结果及解析解进行对比,误差均在允许范围内,证明了所建模型的有效性。(2)研究了工艺参数(液胀压力、加热温度、摩擦系数、外管壁厚、内管壁厚、初始间隙等)对双金属复合管热液压成形性能(残余接触应力、回弹、胀形系数、外管壁厚减薄率、内管壁厚减薄率)的影响。结果表明,随着液胀压力的增大,残余接触应力、回弹、胀形系数均增大,外管壁厚减薄率减小,内管壁厚减薄率基本不变;随着加热温度的增加,残余接触应力、胀形系数先增后减,回弹增大,外管壁厚减薄率先减后增,内管壁厚减薄率逐渐减小;随着摩擦系数的增大,残余接触应力、回弹、胀形系数、外管壁厚减薄率、内管壁厚减薄率均无明显变化;随着外管壁厚的增大,残余接触应力逐渐增大,回弹、胀形系数、外管壁厚减薄率逐渐减小,内管壁厚减薄率先增后减;随着内管壁厚的增大,残余接触应力、胀形系数和内管壁厚减薄率均增大,回弹和外管壁厚减薄率均减小;随着初始间隙的增加,残余接触应力、回弹、胀形系数、外管壁厚减薄率和内管壁厚减薄率整体均呈减小趋势。(3)为优化双金属复合管热液压成形工艺参数,选取液胀压力、加热温度、外管壁厚、内管壁厚、初始间隙等五个工艺参数作为试验因素,残余接触应力、回弹、外管壁厚减薄率、内管壁厚减薄率等四个成形性能作为试验指标,设计了一个五因素三水平正交试验方案。通过极差分析和方差分析得到,工艺参数对残余接触应力的影响大小次序为:内管壁厚>加热温度>外管壁厚>初始间隙>液胀压力,影响均高度显著;回弹的影响大小次序为:内管壁厚>加热温度>外管壁厚>液胀压力>初始间隙,其中内管壁厚为影响高度显著因素,加热温度影响并不显著,液胀压力、外管壁厚、初始间隙无影响;外管壁厚减薄率的影响大小次序为:外管壁厚>初始间隙>内管壁厚>加热温度>液胀压力,其中外管壁厚和初始间隙为影响高度显著因素,液胀压力、加热温度、内管壁厚无影响;内管壁厚减薄率的影响大小次序为:外管壁厚>加热温度>内管壁厚>液胀压力>初始间隙,影响均非常微弱。选取残余接触应力指标的最优工艺参数组合进行了双金属复合管热液压成形试验,从成形后复合管的横截面切面和轴向切面均可以看出,热液压成形后的复合管结合得较好。本文所得结论将对双金属复合管热液压成形工艺的研究提供一定的参考价值。
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