管件压力矫直过程中材料性能参数在线识别

鉴于大型直缝焊管的几何特殊性,多采用压力矫直的方式修正其直线度。受材料批次、热处理、变形情况等因素的影响,焊管的性能参数会有较大波动,准确地识别出管件的材料性能参数是提高矫直精度的一个重要条件。采用有限元方法验证了相同截面形状、相同材质的小曲率曲管在压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系;依据直管三点弯曲过程的理论模型建立了在线识别材料性能参数的识别系统,只需输入管件的几何参数、矫直模具参数、载荷-行程实验数据,即可获取管件的真实材料性能参数。大型管件的有限元仿真结果和小尺寸管坯的试验结果均验证了识别系统的可行性、可靠性。     

厚壁管件矫直过程中加载力的分析

矫直和弯曲是两个相反的工艺过程,但他们的变形机理是相同的.矫直过程中,矫直力的确定对矫直效果有重要的影响,是矫直过程中重要的参数之一.通过利用DEFORM有限元分析软件对管件弯曲过程中加栽平衡力的变化进行数值实验,对成品管(直径为φ720mm,厚度为8120mm,长度为1000mm的钢管)的弯曲过程进行数值计算分析,根据塑性状态发展趋势揭示管件加载平衡力的变化规律,为矫直过程中关键参擞矫直力的确定提供理论依据.     

塑性强化材料辊式矫直力学行为研究

采用弹塑性弯曲理论与应力线性叠加原则对塑性强化材料连续弹塑性弯曲过程力学行为进行分析,考虑应力传递效应对矫直过程的影响,建立七辊辊式矫直机连续弹塑性弯曲矫直过程力学模型。通过对比试验结果及理论计算值,两者偏差平均值在8%以内,验证了理论分析方法的正确性。利用该模型,对不同的矫直策略进行分析。结果表明,大变形矫直策略残余应力与残余曲率控制能力均强于小变形矫直策略;由于应力传递效应对矫直过程的影响,使得小变形矫直策略随矫直过程的深入,残余曲率并未向零点逐步收敛,而是在一定范围内波动;大变形矫直策略由于采用了逐步矫直的工艺设定思想,使其可以达到矫直的目的。这些分析结果为工业生产中矫直策略的选取提供了理论依据。     

拉伸矫直数学模型及试验验证

拉伸位移是拉伸矫直工艺中极为重要的工艺参数,建立拉伸矫直过程拉伸位移与拉伸力的数学模型是科学确定矫直工艺参数的基础.根据拉伸矫直过程中拉力的变化规律,将拉伸矫直分为弹性加载第一阶段及其回复阶段、弹性加载第二阶段及其回复阶段、弹塑性加载阶段.以一维弯曲的圆形截面棒材为研究对象,假定矫直为线性强化材料,依据弹塑性力学理论,推导建立了拉伸矫直过程的拉伸位移——拉伸力数学模型.以AZ31镁合金棒材为例,采用该数学模型进行实例计算的结果与试验结果吻合较好.研究表明,原始挠度通过影响弹性第一阶段的斜率,从而影响卸载后的弹性回复量.当其他条件不变时,随原始挠度增加,矫直所需的拉伸位移和拉伸力均增加.     

金属棒材四点弯曲压力矫直行程预测模型研究

为改善工件矫直过程中的应力应变分布,提高精密矫直的精度,建立了金属棒材四点弯曲压力矫直行程预测模型。首先,基于三点弯曲压力矫直理论对矫直过程中金属棒材的弹塑性变形进行分析,推导四点弯曲压力矫直的弹塑性变形规律;其次,采用有限元模型进行四点弯曲压力矫直仿真分析;最后,采用自主研发的数控压力矫直机进行实验,将获得的实验结果与理论和仿真分析结果进行对比。结果表明:采用双压头双支撑结构的四点弯曲压力矫直方案在精度和工件变形上均优于三点弯曲压力矫直方案,可广泛应用于直线金属棒材精密矫直工艺。     

纯弯曲过弯矫直等价原理及其试验验证

矫直是大口径埋弧直缝焊管生产过程中处理直线度不达标管件的关键性技术,研究矫直过程中的变形规律是合理确定矫直工艺参数的理论基础。根据矫直过程中弯曲小变形的特点,提出初始当量应变的概念,借此建立平面曲梁初始曲率分布与应变分布之间的联系。基于弹塑性小变形纯弯曲工程基本假设,导出平面曲梁小变形反向纯弯曲的几何方程和弹复方程,进而理论上论证曲梁过弯矫直与直梁纯弯曲之间的等价关系,从而给出过弯矫直等价原理,即曲梁矫直所需弯矩载荷与同材质、同形状的直梁弯曲成待矫曲梁形状所需载荷的等价关系。用三点弯曲和四点弯曲及其反向弯曲试验证实过弯矫直等价原理的正确性,为过弯矫直工艺方案和控制策略的确定奠定了理论和试验基础。     

塑性强化材料矫直反弯特性研究

为了深入研究塑性强化材料在平行辊式矫直过程中一次反弯与二次反弯特性的关系,根据工程弹塑性力学的基本原理,建立基于强化弹塑性材料辊式矫直弯曲力学模型。通过解析法描述两次反弯过程中的应力关系,给出辊式矫直过程中截面弯曲过程材料残余应力分布、弯矩比、加载应力变化过程。证明两次反弯过程中经历一次反弯后,二次反弯截面弯矩比与曲率比不再是原有简单M-C关系,而是与一次弯曲曲率比、二次弯曲曲率比与强化系数相关的函数。理论上证明原有弯曲理论不再完全适用于多次连续反弯矫直过程。解析结果表明,辊式矫直过程中经历二次反弯的材料截面弹性极限弯矩值下降,矫直弯曲减小,回弹比增大。同种材料考虑强化与不考虑强化矫直后残余应力均方差分别为71.2与65.6,回弹比均值分别为0.49和0.43。     

电解锰阴极板矫直系统的研制

针对当前国内电解行业中阴极板人工矫直效率低、矫直精度差的问题,研制了一种基于图像处理的自动化电解锰阴极板矫直系统.该系统以图像处理为基础,结合弹塑性变形理论得到矫直参数,采用PLC控制系统控制矫直机构自动完成矫直过程,大大提高了矫直效率和矫直精度.     

大型直缝焊管多点弯曲一次性矫直新工艺原理

由于大型直缝焊管的特殊性,多采用三点弯曲多次矫直的方法修正其直线度。基于平面弯曲弹复理论及过弯矫直等价原理,给出基于管件初始挠度曲线分布的理论矫直弯矩,施加该理论弯矩可将管件一次性完全矫直。为方便工业应用,将该弯矩离散线性化,提出多点弯曲一次性矫直控制策略,并给出相应的工艺参数的确定方法。通过实测大型管件挠度分布,建立大型管件多点弯曲一次性矫直的数值仿真模型,并以小尺寸管件的物理模拟试验验证仿真模型的可靠性。对实际管件的仿真模拟结果验证多点弯曲一次性矫直控制策略的可行性,为全自动矫直机的设计和应用提供理论基础。     

V形辊辊式矫直过程分析及压下量设计

基于弹塑性变形理论,利用ANSYS LS-DYNA建立了V形辊的七辊矫直机的三维有限元模型,对V形辊辊式矫直过程进行分析.进行了下压量的参数设计,并分析了不同下压量下,菱形型材在矫直过程中的变形及矫直后的残余应力分布规律.结果 表明:菱形型材被矫直后残余应力主要分布在边界处,随着下压量的增大最大残余应力先减小后增大.通过有限元仿真确定了截面尺寸为22 mm×22 mm菱形型材的最佳下压量.结果 表明:该下压量下,被矫直件矫直后的平直度满足精度要求,且仿真结果与实验结果相一致,验证了理论模型的正确性.