大口径高钢级管件成形工艺数值模拟及实验研究
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摘要
目前,在我国石油、天然气长输管道的建设中,采用大口径、高钢级管件产品已成为管道工程高压化发展的一个重要趋势,本课题就是针对我国重点工程—西气东输二期管线建设中的大口径高钢级管件成形工艺进行有限元数值模拟与实验研究。本文研究对象为X80钢级φ508mm和φ1219mm的等径三通产品,采用DEFORM-3D三维有限元数值模拟软件,对等径三通的成形规律进行了系统的研究,主要研究工作如下:
1、通过实验测定了X80管线钢在不同温度和应变速率下的流动应力应变关系,为数值模拟中材料模型的建立提供了必要的数据。
2、对φ508等径三通的成形过程进行有限元模拟分析。研究了不同工艺参数及模具参数条件下管件的成形规律,根据数值模拟分析的结果,获取了合理的成形工艺方案及参数。
3、对φ508等径三通的成形工艺进行了实验验证,通过实验研究了管件成形规律,并与数值模拟结果进行了对比分析。分析表明:数值模拟结果与实验结果是一致的。
4、通过对φ1219等径三通产品进行有限元模拟分析,总结出一条适合大口径高钢级管件产品生产的工艺路线及方案。
通过本文的研究缩短了项目开发周期,节省了模具开发费用,降低了研发成本,其研究结果对于其它系列的管件成形也具有一定的指导意义。
It is an important development trends to pressurization of large diameter high grade steel piping in the construction of long distance oil and natural gas transportation piping. This project is mainly applied for numerical simulation of finite element and experimental study on the forming process of large diameter high grade steel fittings of the second line of E-W Piping Line which is a key project in China. The study object of this paper isΦ508mm andΦ1219mm equal diameter tee with X80 piping steel. The forming process of equal diameter tee is systematically studied by means of DEF0RM-3D software. The main research work is as follows:
1. Flow stress-strain is determined on X80 piping steel under different temperature and strain rate and necessary date is provided for the foundation of material model of numerical simulation.
2. FEM Simulation is applied to the forming process ofΦ508mm equal diameter tee. Fitting forming is studied for different process parameters and mold parameters condition. Based on the results of numerical simulation, reasonable forming process and parameters are obtained.
3. Forming process ofΦ508mm equal diameter tee is verified by experiment. It is indicated that the result of numerical simulation is similar to experiment.
4. FEM Simulation is applied to the analysis of the forming process ofΦ1219mm equal diameter tee. The forming technology for the production of large diameter high grade steel fittings is put forward.
The project development period is reduced due to the research work described in this paper, mold cost is saved and research cost is reduced. The research result is of theoretical significance and guiding roles in some extent for other series of fitting products.
1、通过实验测定了X80管线钢在不同温度和应变速率下的流动应力应变关系,为数值模拟中材料模型的建立提供了必要的数据。
2、对φ508等径三通的成形过程进行有限元模拟分析。研究了不同工艺参数及模具参数条件下管件的成形规律,根据数值模拟分析的结果,获取了合理的成形工艺方案及参数。
3、对φ508等径三通的成形工艺进行了实验验证,通过实验研究了管件成形规律,并与数值模拟结果进行了对比分析。分析表明:数值模拟结果与实验结果是一致的。
4、通过对φ1219等径三通产品进行有限元模拟分析,总结出一条适合大口径高钢级管件产品生产的工艺路线及方案。
通过本文的研究缩短了项目开发周期,节省了模具开发费用,降低了研发成本,其研究结果对于其它系列的管件成形也具有一定的指导意义。
It is an important development trends to pressurization of large diameter high grade steel piping in the construction of long distance oil and natural gas transportation piping. This project is mainly applied for numerical simulation of finite element and experimental study on the forming process of large diameter high grade steel fittings of the second line of E-W Piping Line which is a key project in China. The study object of this paper isΦ508mm andΦ1219mm equal diameter tee with X80 piping steel. The forming process of equal diameter tee is systematically studied by means of DEF0RM-3D software. The main research work is as follows:
1. Flow stress-strain is determined on X80 piping steel under different temperature and strain rate and necessary date is provided for the foundation of material model of numerical simulation.
2. FEM Simulation is applied to the forming process ofΦ508mm equal diameter tee. Fitting forming is studied for different process parameters and mold parameters condition. Based on the results of numerical simulation, reasonable forming process and parameters are obtained.
3. Forming process ofΦ508mm equal diameter tee is verified by experiment. It is indicated that the result of numerical simulation is similar to experiment.
4. FEM Simulation is applied to the analysis of the forming process ofΦ1219mm equal diameter tee. The forming technology for the production of large diameter high grade steel fittings is put forward.
The project development period is reduced due to the research work described in this paper, mold cost is saved and research cost is reduced. The research result is of theoretical significance and guiding roles in some extent for other series of fitting products.
引文
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[2]岳进才编著 压力管道技术 中国石油出版社 2006/3
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[4]王同海 管材塑性加工技术 北京 机械工业出版社 1998/91
[5]潘家华 管道输送钢管的发展趋势 焊管 1991/17(2):1-5
[6]彭在美 石油天然气输送钢管是高新技术产品及其发展方向 管道技术与设备2003/(6):11-14.
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[8]GLOVER A.X80 design,construction and operation.The International Symposium Proceedings on X80 Steel Grade Pipelines Beijing 2004
[9]GLOVER A.Research and application of X100 and X120.The Interna2tional Symposium Proceedings on X80 Steel Grade Pipelines Beijing 2004
[10]童隆长 有限元法模拟塑性加工过程的发展和困难 第8届全国塑性加工年会论文集
[11]邵敏等 有限单元法的基本原理和数值方法 清华大学出版社 2001
[12]谢水生 王祖唐 金属塑性成形工步的有限元数值模拟 冶金工业出版社 1997
[13]钟春生 韩静涛 金属塑性变形力计算基础 冶金工业出版社 1996
[14]马新武 赵国群 体积成形有限元软件开发及其关键技术研究 第8届全国塑性加工年会论文集
[15]孔祥谦 有限元法在传热学中的应用 科学出版社 1999
[16]王仲仁 汪涛 金属塑性变形理论 机械工业出版社 2002
[17]詹艳然 王仲仁 金属体积成形过程中的温度场分布 塑性工程学报 2001/4
[18]潘家华 我国长输管道未来十年发展趋势 钢管 2004/5
[19]钟志尊 国内外铸铁管生产技术现状及其发展方向 鞍钢技术 1990/10
[20]高峻凯 国内外螺旋焊管钢管制管概况 油气储运 1994/04
[21]陆岳璋 周玉红 X80～X100级管线钢的开发 宽厚板 2000/6
[22]Powell,G.H.Clough,R.W.et al..Stress Analysis ofl31619 Tees by the Finite Element Method:A Progress Report,ASME Paper,71-PVP-40,1971
[23]轩福贞 李培宁 刘长军 惠虎 等径挤压三通强度分析工程方法 压力容器2000年第17卷第5期
[24]何国松等编 最新钢管铸铁管制造工艺技术、标准及管材、管件应用技术手册吉林电子出版社 2004第一卷
[25]李传民 王向丽 闫华军 DEFORM5.03金属成形有限元分析实例指导教程 机械工业出版社 2007
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[29]贺匡国编著 压力容器分析设计基础[M]北京:机械工业出版社 1995/1
[30]丁大宇 大直径直缝焊管生产工艺 钢管 1997/26(1):18-20
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[32]轩福贞 惠虎 黄振海 李培宁 内压下挤压三通的塑性极限载荷研究 压力容器 第20卷第1期2003
[33]王登高 陈港 一种新型无缝三通成型工艺技术 石油工程建设 1999/4
[34]黄开文 国外高钢级管线钢的研究与使用情况 焊管 2003/26(3):1-9
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[36]肖曙红 郑时雄 大口径直缝焊管机械扩径成形机理研究 锻压设备与制造技术 2004/(5):81-84
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[40]赵国群 王广春 材料塑性成形过程最优化设计有限元灵敏度分析方法 塑性工程学报 1996/6
[41]李良福 组合凹模内用管坯成形直角三通管的研究 锻压技术 1999第5期
[42]刘铜 直径补偿热挤压三通的成型 管道技术与设备 2003年第4期
[43]李永生 杨林娟 挤压三通强度研究 压力容器 1990/7(5):6-12
[44]王增志 管材液压成形理论分析与数值模拟研究 燕山大学工学硕士论文2001
[45]董湘怀 李志刚 发展中的塑性加工理论和模拟技术 第8届全国塑性加工年会论文集 2002/11.2-6
[46]姚若浩 金属压力加工中的摩擦与润滑 北京:冶金工业出版社,1990/249
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[48]尹文飞 薄壁管液压胀形成形理论及实验研究 西安理工大学工学硕士论文2003
[49]张德姜等编 石油化工装置工艺管道设计手册 第一篇 设计与计算 中国石化出版社 1997
[50]涂光祺 冲模技术 机械工业出版社 2002
[51]李庆扬 王能超 易大义 数值分析 华中理工大学出版社 2000
[52]樊刚热挤压模具设计与制造基础 重庆大学出版社 2001
[53]《西气东输二线建设技术研讨会》材料汇编 中国天然气与管道分公司汇编2006
[54]郭顺显 成形工艺参数对三通可靠性的影响 交流资 1998
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