加热弯管工艺计算机数值模拟

【摘要】： 加热弯管是防止管材弯曲截面形状畸变与壁厚不均匀的一种新的工艺方 法，广泛的应用于石油化工、轻工、管道工程、航空航天等工业部门。尽管加 热弯管的理论研究已有多年的历史，但是目前所得出的加热弯管参数应用于实 际生产中往往使得所选用的设备庞大。利用三维有限元数值模拟加热弯管工 艺，可以得出切合实际的工艺参数。本文着重采用计算机数值模拟、理论分析 与实验结合的方法，对加热弯管进行三维有限元模拟研究，对加热弯管工艺和 设备的设计与优化，以及加热弯管技术的发展具有重要的理论和实际意义。主 要内容和结果如下： 在全面考虑两对支撑轮作用下加热弯管过程受力特点的基础上，推导出了 加热弯管弯曲时推力、弯矩、支撑力等6个计算公式。 通过对加热弯管成形的综合分析，得出感应加热器与回转中心的位置关系 及支撑轮与前夹头初始位置关系，并确定了加热弯管最小名义弯曲半径。 针对加热弯管过程的受力和变形特点，采用三维梁单元、三维塑性直管单 元、三维弹性曲管单元、三维壳单元与三维点对面接触单元等5种不同的单元 分别对管毛坯不同区域进行划分，并对接触单元采用柔体-柔体的处理方法， 将温度场作为体载荷处理，建立了符合实际的加热弯管问题数值模拟力学模 型：在此基础上，应用商用软件ANSYS对加热弯管过程进行三维有限元模拟 与研究，获得了成形时推力、弯矩、支撑力大小及其变化趋势。 根据有限元数值模拟结果对理论推导出的公式进行修正，并在φ813- 500KW中频感应加热弯管机上进行了实验，获得了与实验结果吻合的修正公 式，具有重要的实用价值。