J55鋼級(jí)中直徑厚壁HFW套管成型過(guò)程有限元仿真

目前生產(chǎn)中工藝規(guī)程的制定大都建立在經(jīng)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)的基礎(chǔ)上,許多工藝環(huán)節(jié)無(wú)法進(jìn)行定量計(jì)算、產(chǎn)品質(zhì)量難以保證,針對(duì)這一制造難題,將有限元技術(shù)引入工藝過(guò)程的分析計(jì)算.研究了切削力對(duì)薄壁零件加工變形的影響;建立了切削加工過(guò)程中,因材料去除引起毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力釋放與再分布,導(dǎo)致工件產(chǎn)生加工變形的有限元分析模型,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.根據(jù)有限元模擬分析結(jié)果,提出了相應(yīng)提高工件制造精度的工藝措施

研究了n80-1和n80-q兩種交貨狀態(tài)下hfw套管的力學(xué)性能、微觀組織、殘余應(yīng)力以及溝槽腐蝕性能。研究發(fā)現(xiàn),n80-1組織為鐵素體、珠光體及少量貝氏體,n80-q組織主要是回火索氏體,且n80-1焊縫中心有一明顯沿縱向的金屬流線,而n80-q金屬流線寬度變窄,而且模糊不清。通過(guò)tem觀測(cè),n80-1焊縫附近母材區(qū)珠光體的片層結(jié)構(gòu)完整清晰,而焊縫區(qū)的珠光體片短小、且雜亂無(wú)章,這種微觀組織必然對(duì)應(yīng)較高的殘余應(yīng)力。n80-1hfw焊管宏觀殘余應(yīng)力達(dá)到235～258mpa,而n80-q殘余應(yīng)力很小,整管熱處理可以有效地消除焊管殘余應(yīng)力,但增加了生產(chǎn)成本。隨著加載應(yīng)力的增大,溝槽腐蝕敏感性線性增大。

主要介紹了國(guó)外hfw焊管企業(yè)在中直徑管線管用厚壁hfw焊管的產(chǎn)品研發(fā)方面所涉及的技術(shù)和成熟做法,對(duì)提升我國(guó)中直徑管線管用hfw焊管制造技術(shù)水平有所借鑒,也有利于利用現(xiàn)有制造資源和提升現(xiàn)有裝備技術(shù)水平。通過(guò)產(chǎn)品拓展和研發(fā),hfw焊管的外徑已從610mm擴(kuò)大到660mm,壁厚從20mm以內(nèi)提高到25.4mm,并以良好的產(chǎn)品使用性應(yīng)用在油氣輸送等工程中。分析認(rèn)為:生產(chǎn)線的技術(shù)提升和裝備完善,是中直徑管線管用hfw焊管產(chǎn)品延伸拓展的有效手段。

通過(guò)有限元軟件ansys/ls-dyna對(duì)槽鋼輥彎成型過(guò)程建立有限元模型,分析該過(guò)程中應(yīng)力、應(yīng)變和位移場(chǎng)情況,得到了槽鋼在該過(guò)程中的變形特點(diǎn)和規(guī)律。研究結(jié)果為冷彎型鋼產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、孔型的設(shè)計(jì)等問(wèn)題提供了預(yù)測(cè)模型,是對(duì)輥彎成型理論的補(bǔ)充,可以作為生產(chǎn)實(shí)踐的有益參考。

隨著我國(guó)石油工業(yè)的快速發(fā)展,對(duì)石油套管的需求逐年增多,對(duì)其性能的要求也進(jìn)一步提高。介紹了中海石油金洲管道有限公司研發(fā)的非調(diào)質(zhì)n80鋼級(jí)hfw套管的化學(xué)成分設(shè)計(jì)、金相組織、生產(chǎn)工藝路線、核心技術(shù)和控制要點(diǎn)、產(chǎn)品性能等。檢驗(yàn)、試驗(yàn)結(jié)果表明:研發(fā)的非調(diào)質(zhì)n80鋼級(jí)hfw套管滿足apispec5ct標(biāo)準(zhǔn)的要求,具有較高的沖擊韌性,同時(shí)焊縫對(duì)溝槽腐蝕不敏感。

鋼格板剪切過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的彈塑性大變形過(guò)程,其主要特點(diǎn)是變形區(qū)域非常小、變形力集中,同時(shí)還涉及斷裂問(wèn)題。為了更好地研究鋼格板剪切機(jī)制,運(yùn)用大型有限元軟件ansys/ls-dyna對(duì)剪切過(guò)程進(jìn)行仿真,得到剪切過(guò)程中變形區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律和力能參數(shù),并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式得到的結(jié)果進(jìn)行比較,證明了有限元模擬的可靠性,為優(yōu)化剪切參數(shù)、提高剪切質(zhì)量和刀具壽命提供合理依據(jù)。

針對(duì)高頻焊(hfw)套管用j55鋼縱剖熱軋鋼帶存在成分偏析,且鋼帶中心偏析較嚴(yán)重,制管后中心偏析帶位于焊縫處,在線焊縫正火熱處理后,焊縫熱影響區(qū)偏析帶上便出現(xiàn)條狀馬氏體的問(wèn)題,在材料設(shè)計(jì)上通過(guò)降c、降mn來(lái)減輕鋼帶中心偏析,加入微量nb補(bǔ)償因降c、降mn而導(dǎo)致的強(qiáng)度損失,改善管加工工藝性能并防止粘扣。加入微量ca凈化鋼液,促使mns球化,提高材料的綜合性能。研制出一種適用于高頻焊j55鋼級(jí)縱剖料用鋼及符合apispec5ct標(biāo)準(zhǔn)的套管。

介紹了萊鋼開(kāi)發(fā)j55石油套管用鋼的過(guò)程。通過(guò)鈮、鈦復(fù)合微合金化的成分設(shè)計(jì)與合理的生產(chǎn)工藝制定,開(kāi)發(fā)了具有高強(qiáng)度、高韌性和良好焊接性能的石油套管用鋼產(chǎn)品,產(chǎn)品具有成分均勻、氧含量低、晶粒細(xì)小的特點(diǎn),較好地滿足了用戶的使用要求。

詳細(xì)論述了石油套管用鋼j55在北鋼集團(tuán)北營(yíng)軋鋼廠1780mm熱連軋生產(chǎn)線的生產(chǎn)實(shí)踐,針對(duì)此鋼種高強(qiáng)度與高沖擊韌性等特殊的力學(xué)和工藝性能要求,在成份設(shè)計(jì)上采用了低c、中mn,并適當(dāng)添加了nb、ti等元素,在軋制工藝上采用了低終軋溫度、低溫大壓下量的控軋控冷工藝,使其產(chǎn)品性能與尺寸指標(biāo)均達(dá)到了用戶要求,從而具備了批量生產(chǎn)j55的能力。

應(yīng)用ansys對(duì)雙級(jí)套管螺紋連接進(jìn)行性能仿真,建立雙級(jí)套管螺紋有限元模型,利用接觸分析模塊,分析螺紋各扣牙受力情況,最后總結(jié)了雙級(jí)套管螺紋連接受力分布規(guī)律,并與普通套管螺紋接頭作了比較,結(jié)果顯示雙級(jí)套管螺紋接頭各扣牙受力分布要比普通套管螺紋均勻。研究結(jié)果提高了對(duì)雙級(jí)套管接頭應(yīng)力水平的認(rèn)識(shí),對(duì)改進(jìn)套管連接螺紋設(shè)計(jì),提高套管接頭的連接質(zhì)量,促進(jìn)特殊套管螺紋接頭的發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。

利用通用非線性的abaqus軟件對(duì)多道次輥彎成形過(guò)程進(jìn)行建模以及數(shù)值模擬,對(duì)輥彎成形工藝及成形規(guī)律進(jìn)行了研究,為輥彎成形的工程設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)和輥彎設(shè)備的調(diào)整提供了科學(xué)的依據(jù)。整個(gè)輥彎成形過(guò)程基于動(dòng)力顯式算法,建立風(fēng)管共板法蘭多道次輥彎成形的有限元模型。其中涉及了輥彎成形的模型建立、單元選擇、邊界條件、有效速度質(zhì)量放大系數(shù)的選擇等輥彎成形的一般性問(wèn)題解決方法。

金屬鋼瓶的爆破壓力是其重要的安全技術(shù)指標(biāo),目前的數(shù)值計(jì)算方法不能有效對(duì)氣瓶的爆破壓力進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。提出了基于擴(kuò)展有限元的數(shù)值計(jì)算方法對(duì)鋼瓶的爆破進(jìn)行了數(shù)值仿真,仿真結(jié)果表明該方法能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鋼瓶的爆破壓力,可以為鋼瓶工程設(shè)計(jì)和事故預(yù)防提供支撐。

對(duì)于高壓壓力容器,按常規(guī)等面積法設(shè)備開(kāi)孔壁厚較厚,在開(kāi)孔接管連接部位有很大的應(yīng)力集中。應(yīng)用有限元方法,對(duì)內(nèi)壓工況下設(shè)備開(kāi)孔進(jìn)行應(yīng)力分析,同時(shí)按照jb4732-1995《鋼制壓力容器-分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定。分析表明,有限元分析設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)可靠,為高壓容器厚壁開(kāi)孔的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力的計(jì)算依據(jù)。

針對(duì)j55鋼套管出現(xiàn)螺紋連接處漏水現(xiàn)象,通過(guò)錳鹽磷化和鋅鹽磷化接箍進(jìn)行上卸扣試驗(yàn)分析,認(rèn)為螺紋粘扣是造成螺紋連接處漏水的主要原因。從上扣扭矩、接箍磷化、螺紋脂、螺紋參數(shù)及螺紋表面質(zhì)量幾方面對(duì)影響粘扣的因素進(jìn)行了詳細(xì)分析,提出了合理的上扣扭矩量、優(yōu)化的螺紋參數(shù)、優(yōu)良的磷化工藝以及選擇優(yōu)質(zhì)的螺紋脂,可從根本上解決套管接箍端螺紋漏水問(wèn)題。

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐探討了焊接油套管對(duì)板材機(jī)械性能和化學(xué)成分的要求,指出熱軋帶鋼合理的元素配比,良好的顯微組織、優(yōu)良的機(jī)械性能、精確的尺寸控制是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)油套管的前提所在。j55低c、mn、nb、v、ti微合金化鋼采用冶煉低c、低s、高純凈度鋼技術(shù),通過(guò)添加nb、v、ti等微合金元素控軋控冷,發(fā)揮晶粒細(xì)化和析出強(qiáng)化的作用,得到細(xì)晶粒的鐵素體-珠光體組織,為焊接油套管的生產(chǎn)創(chuàng)造了良好的條件

介紹了唐鋼1580生產(chǎn)線生產(chǎn)石油套管用鋼j55的工藝流程、產(chǎn)品成分性能及鋼卷表面出現(xiàn)翹皮缺陷的現(xiàn)象。對(duì)連鑄坯質(zhì)量、粗軋立輥軋制力、熱卷箱模式等因素進(jìn)行了試驗(yàn)分析,認(rèn)為j55出現(xiàn)翹皮缺陷是由于連鑄坯表面存在角裂紋,在經(jīng)粗軋立輥軋制后進(jìn)一步加重產(chǎn)生的。而連鑄坯角裂缺陷的產(chǎn)生與連鑄拉速的波動(dòng)及鈮的碳氮化物在奧氏體晶界析出有關(guān)。提出了加強(qiáng)對(duì)二冷噴嘴的檢查維護(hù)力度,保證鑄坯寬度方向溫度均勻分布;提高鑄坯矯直前溫度和鋼中鈦含量的改進(jìn)措施。

為了考核波紋管聯(lián)軸器在熱-力共同作用下的強(qiáng)度和在發(fā)射頻率下的剛度,首先利用在三維建模軟件ug中建立了波紋管聯(lián)軸器的有限元模型,然后結(jié)合有限元軟件的nastran求解器,對(duì)波紋管聯(lián)軸器進(jìn)行了熱-應(yīng)力耦合分析和工況模態(tài)有限元分析,最后通過(guò)對(duì)有限元仿真結(jié)果進(jìn)行分析,得到了其力學(xué)特性。

介紹了武鋼hfw660焊管機(jī)組生產(chǎn)q345c級(jí)φ660mm×22mm高頻焊管的工藝過(guò)程,從成型、焊接、熱處理方面對(duì)大壁厚焊管的工藝進(jìn)行了研究。生產(chǎn)的22mm焊管經(jīng)檢驗(yàn)結(jié)果表明,其力學(xué)性能、金相組織等均滿足了要求,標(biāo)志著我國(guó)生產(chǎn)22mm厚度高頻焊管的成功。

型材擠壓過(guò)程金屬變形流動(dòng)的有限元仿真

盾構(gòu)施工會(huì)導(dǎo)致地層的沉降并會(huì)對(duì)周邊的建筑產(chǎn)生影響,對(duì)其進(jìn)行分析具有重要的工程價(jià)值。在綜合考慮了現(xiàn)有的有限元模擬方法的基礎(chǔ)上,結(jié)合濟(jì)邵高速公路中開(kāi)挖的隧道為例,根據(jù)非線性有限元法的基本原理,利用大型非線性有限元軟件ansys三維動(dòng)態(tài)模擬隧道開(kāi)挖的過(guò)程,計(jì)算結(jié)果揭示了在盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程中地表沉降分布以及特點(diǎn),得到盾構(gòu)法開(kāi)挖引起的地表沉降曲線,其形態(tài)與peck計(jì)算得出的橫向地表沉降槽正態(tài)分布曲線的形態(tài)基本一致。仿真結(jié)果揭示了隧道推進(jìn)過(guò)程中的周圍土體的移動(dòng)規(guī)律、地表面水平位移及地面沉降規(guī)律、已建隧道管片應(yīng)力變化規(guī)律。

為了研究鑄軋工藝參數(shù)對(duì)az31鎂合金薄板快速鑄軋過(guò)程溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)的影響,基于鑄軋區(qū)板坯的對(duì)稱性建立了縱截面1/2的二維幾何模型;選擇了基于熱彈塑性增量理論的熱應(yīng)力控制方程;采用大型通用有限元分析軟件ansys對(duì)鎂合金快速鑄軋過(guò)程中的鑄坯溫度場(chǎng)和熱-應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了仿真分析,并就不同工藝參數(shù)(澆注溫度、接觸界面換熱系數(shù)、鑄軋速度)對(duì)鑄坯溫度和應(yīng)力的分布及其相變區(qū)的影響進(jìn)行了研究。仿真結(jié)果增強(qiáng)了對(duì)鎂合金快速鑄軋過(guò)程相變區(qū)溫度變化和熱裂產(chǎn)生機(jī)制的理解,為快速鑄軋工藝參數(shù)的優(yōu)化提供了依據(jù)。

鋼槽絲(或槽骨)主要用于制傘業(yè)中,是傘骨生產(chǎn)的發(fā)展方向.鋼槽絲成型是槽骨生產(chǎn)的關(guān)鍵,成型模的關(guān)鍵零件是成型輪軸、凸輪和凹輪,而成型模軸尤其重要,其設(shè)計(jì)水平對(duì)鋼槽絲成型質(zhì)量具有決定性作用.應(yīng)用solidedge軟件建立了鋼槽絲成型機(jī)構(gòu)主要零件的三維實(shí)體模型,應(yīng)用有限元仿真軟件msc.visualnastran對(duì)模型進(jìn)行了有限元靜力學(xué)仿真分析,獲得了相關(guān)的應(yīng)力、應(yīng)變和位移仿真參數(shù)及其仿真云圖.仿真分析可為鋼槽絲成型機(jī)構(gòu)的零件設(shè)計(jì)提供理論依據(jù),為同類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)提供理論參考.