外文翻譯--發(fā)電站水煮容器中的彎曲管所用的有限元素和實(shí)驗(yàn)分析 中文版

哈爾濱技術(shù)學(xué)會(huì)日?qǐng)?bào) （新系列） 發(fā)電站水煮容器中的彎曲管所用的有限元素和實(shí)驗(yàn)分析 賴一楠 于浩楠 劉獻(xiàn)禮 于延民 (哈爾濱科學(xué)技術(shù)大學(xué)機(jī)械學(xué)院 力量工程系 中國(guó)哈爾濱 150080 郵箱 ) 摘要： 聯(lián)合計(jì)算機(jī)模擬、理論上的分析和實(shí)驗(yàn) 為發(fā)電站水煮容 器 中的彎曲管提供程序 FEM-數(shù)字模擬系統(tǒng)被建立體現(xiàn)在制造程 序中扮演重要角色的寒冷的彎曲管 ，比如 橢圓度， 壁 厚 和 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)力比 . 實(shí)驗(yàn)在哈爾濱煮器工廠進(jìn)行 .FEM模型的參數(shù)能為彎曲管的程序模擬力量和質(zhì)量叁數(shù) 且錯(cuò)誤是在 5%以內(nèi) ,實(shí)驗(yàn)已經(jīng)示范了達(dá)成這一個(gè)系統(tǒng)的結(jié)果以及更有用和更經(jīng)濟(jì)的超過(guò)試驗(yàn)的那些生產(chǎn)方法它大量使用計(jì)算機(jī)模擬減少生產(chǎn)費(fèi)用 ,效果比 許多 實(shí)驗(yàn)要好 主要文字 : 冷的彎曲管 ；FEM；橢圓度 ；稀薄比 ； CLC數(shù) ；TG386.43 文件密碼 A 文章地址 1005-9113(2008)02-0198-04 彎曲管的方法已經(jīng)廣泛地被應(yīng)用在煮器和壓力船制造業(yè)的領(lǐng)域中汽車(chē)工業(yè)、航空，航空宇宙制造業(yè)，船舶制造業(yè)等等以 上研究有 顯示彎曲過(guò)程的寒冷能提高其降低強(qiáng)度的 20 一 30的力量以及收據(jù)控制的成熟技術(shù)使它 自然成為使用彎區(qū) 控制的寒冷 工作母體 然而，彎曲管的程序非常復(fù)雜，因此 ,計(jì)劃的程序以分析的解決為基礎(chǔ)傳統(tǒng)的錯(cuò)誤法方法不能夠解決生產(chǎn)的需要以及可能引起在時(shí)間和財(cái)務(wù)上的浪費(fèi) ,隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和 FEM 方法我們大量地使用 復(fù)雜的程序分析的通常軟件 是能實(shí)現(xiàn)的 . 軟件 ANSYS 用來(lái)模擬那 寒冷的管彎曲程序彎曲模擬制度的圓形管被建造為了要預(yù)測(cè)被驅(qū)動(dòng)力而且有效 地形成質(zhì)量 高的設(shè)備，像橢圓度 ，墻壁的稀薄比我們也已經(jīng)給實(shí) 驗(yàn)的確認(rèn) 1 冷彎曲程序的摘要 經(jīng)常地有三管彎曲方法：推動(dòng)方法，磨擦方法和繪圖方法。繪圖方法在圖 1中顯示 風(fēng)扇形狀的模子 是通過(guò)十字架形狀的鑰匙替換和固定在設(shè)備上的 , 固定的螺鉗被螺絲固定在風(fēng)扇形狀的模子上而且通過(guò)螺絲鉗連接可動(dòng)裝置然后管的末端旋轉(zhuǎn)的限制 位置和所有的其他模子的替換來(lái)實(shí)現(xiàn) 寒冷管的彎曲。 圖 1，管彎曲的過(guò)程 質(zhì)量是最重要的一項(xiàng)評(píng)估彎曲管的程序通常，非理想毀壞在彎曲之后發(fā)生了。 (如圖 2所示 ) 圖 2，管彎曲的形狀 管的外側(cè)面 m-m 面以為外部的拉力而變薄，此時(shí)管的內(nèi)部側(cè)壁 n-n由于彎曲程序而根據(jù)壓力變薄， R 是設(shè)計(jì)彎曲半徑，是被設(shè)計(jì)了的管的外部直徑，這部分圖表表示了這部分形狀從圓形到橢圓型， 以及墻壁的厚度的不均勻， A是橢圓部分的長(zhǎng)軸， B 是短軸， S 是理想的墻壁厚度，而且 S 是最小量， S 是最大值，橢圓度a=（ A B） /X 橢圓比 b=（ S S1） /S,厚度比 C=(S2 S)/S 隨著煮器的功能的提高，彎管接頭的能否符合更高的要求以及 設(shè)備是否在受驅(qū)動(dòng)力下充分旋轉(zhuǎn)是一個(gè)很重要的問(wèn)題，我們盡可能的預(yù)測(cè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)力來(lái)達(dá)到高質(zhì)量和效率，我們可以制造更好的產(chǎn)品來(lái)獲得更高的利益 2 模擬系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu) 冷 彎曲過(guò)程 是最復(fù)雜的包括大的塑性破壞，大的位移，非線形連接的分析，所以我們使用 ANSYS 軟件和它的非線性分析方法建立一個(gè)圓形管道彎曲模擬系統(tǒng)來(lái)有效的預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)力和成型質(zhì)量 2 1預(yù)加工：模型 考慮模型的結(jié)構(gòu)的對(duì)稱、負(fù)荷和限制，我們建造分析模型減少了一半的計(jì)算時(shí)間而且 APDL 參數(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)言用來(lái)輸入尺寸和和材料的參數(shù)，確認(rèn)哪個(gè)是可以再 次使用的記錄文件，幾何學(xué)的模型如圖 3顯示 在 FEM模式下， PLANE42是用來(lái)描述管道的部分， VISCO107用來(lái)描述銷(xiāo)售的塑料管道進(jìn)行大量的破 壞性分析，與管道比較，風(fēng)扇形狀的模子的破壞，固定的螺絲鉗和 可動(dòng)加緊裝置是比較小的可以忽略不計(jì) ， 所以我們拿硬的或者軟的管子用圖 3，管彎曲的幾何學(xué)模型 ANSYS來(lái)分析連接模型，我們使用三個(gè)雙向連接，扇型模子的表面是目標(biāo)元素，TARGE170， 管子的附加聯(lián)絡(luò)元素是 CONTA173，表面的位置是 TARGE170，模子表面的夾緊是 TARGE170， 連接硬件可達(dá)到 0.65在理論上 0.01到 100就可以得到很好的精密和很高的效率 2.2 解決 ；應(yīng)用負(fù)荷 在彎曲管的模擬程序中 ,大的非線性塑性破壞已經(jīng)被 N-R方法解決 ,而且多步驟的負(fù)荷控制大 的破壞 ,有人預(yù)言 ,自動(dòng)過(guò)程將被加速應(yīng)用 ,飛行員也用來(lái)控制身體的運(yùn)動(dòng) ,我們強(qiáng)迫管子的移動(dòng)然后代替 斜坡夾緊的模子 ,再旋轉(zhuǎn)之后 ,一個(gè)卸貨步驟被執(zhí)行去掉夾緊和空隙 2.3繼續(xù)加工 :得到結(jié)果 在計(jì)算合成之后 ,解決問(wèn)題需要以下步驟 : 1） 動(dòng)態(tài)的展示彎曲管的過(guò)程： 由于這個(gè)功能，我們可以動(dòng)態(tài)的展示管的彎曲過(guò)程，并且將其儲(chǔ)存，我們可以只選擇管子而不是模子以便更清楚的觀察管子的破壞， 2） 得到模子的作用反力， 在 POST26中解決模子的作用反力可以幫助我們得到模子的瞬間受力情況，推力大小，和移動(dòng)加緊力的大小。 3） 計(jì)算質(zhì)量參數(shù)：薄的切片可以幫助我們得到部分的毀形狀， 在任何位置可以畫(huà)出壓緊力和變形，我們也可以使用幾何方法檢查來(lái)得到每個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算質(zhì)量參數(shù)，比如墻壁厚度，橢圓比， 變稀比，厚度比等等 3 實(shí)驗(yàn)和模擬之間的比較 為了實(shí)驗(yàn) FEM 的模擬系統(tǒng)的精確程度，實(shí)驗(yàn)被安排在了哈爾濱煮沸工廠用兩種管子來(lái)做： 管 A：直徑 168 毫米，墻壁的厚度 30 毫米，彎曲半徑 400 毫米，材料 20 G 管 B：直徑 141 毫米，墻壁的厚度 25毫米，彎曲半徑 350 毫米，材料 20 G 3 1比較模子的作用力 來(lái)自模擬的管 A 和 B 的瞬間彎曲被顯示在圖 4中 圖 4，彎曲時(shí)刻的圖表顯示 載入程序時(shí)間在 2 點(diǎn)，完成時(shí)間在 6點(diǎn)，卸載程序時(shí)間從 6點(diǎn)到 7點(diǎn)，從每一條單一的曲線上我們能可以看到 彎曲的時(shí)刻從一開(kāi)始很快增加到一個(gè)很高的水平，然后彎曲的的增長(zhǎng)開(kāi)始變慢，這就使得主要的壓力分界點(diǎn)集中在彎曲的初始階段， 而且這與（ 6）中的判斷一致，每條曲線最大彎曲時(shí)刻出現(xiàn)在最大破壞處， 這個(gè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)者的預(yù)測(cè)一致。 這很清楚的表明管 A 比管 B需要更高的驅(qū)動(dòng)力，這個(gè)結(jié)果使我們可以更適當(dāng)?shù)膩?lái)安排設(shè)備。 3.2 管彎曲質(zhì)量的比較 模擬管 A 和 管 B 的橢圓度在圖 5中顯示 圖 5，橢圓度的圖表 很明顯是 1800的彎曲管最大橢圓度不是我們通常想象的在 90上，而且真正的連接位置對(duì)彎曲半徑是一個(gè)擴(kuò)充，模擬錯(cuò)誤是在 不同的模擬實(shí)驗(yàn)中占的百分比不同，表 1顯示了個(gè)部分的比較。 外部墻壁的變薄是最嚴(yán)重的缺點(diǎn)，通過(guò)模擬，我們可以預(yù)測(cè)變薄的位置，然后決定時(shí)候需要盡快改善，在圖 6 中顯示了整個(gè)管外部墻壁的變薄情況 表 1 實(shí)驗(yàn)和模擬的橢圓度的比較 圖 6，變薄比的圖表 從中我們可以看到管 最初的彎曲部分已經(jīng)在壓力的作用下發(fā)生了大的塑性破壞。表 2展示了模擬和實(shí)驗(yàn)之間變 薄的對(duì)比情況 表 2，實(shí)驗(yàn)和模擬的變薄比的對(duì)比情況 。 FEM 參數(shù)的模型在這此建立，可以模擬管的彎曲力和質(zhì)量參數(shù)誤差在 5內(nèi)，考慮到獲得數(shù)據(jù)和真正因素的沖擊的簡(jiǎn)單方法，我們 可以接受和使用它因?yàn)樵O(shè)備的表現(xiàn)和質(zhì)量預(yù)測(cè)能獲得比實(shí)驗(yàn) 生產(chǎn) 更高效的結(jié)果。 4 管的彎曲上的進(jìn)一步研究 FEM 的數(shù)字模擬不僅能預(yù)測(cè)設(shè)備的功能和彎曲管的過(guò)程質(zhì)量，而且可以 也可以發(fā)現(xiàn)一些程序影響因素，這會(huì)幫助我們將程序做到最好來(lái)采取改善的措施，然后我們將討論最佳的回轉(zhuǎn)速度和背面的推力 4 1 回轉(zhuǎn)速度的沖擊 金屬的塑性破壞一定 伴隨著 速度的破壞，所以回轉(zhuǎn)速度關(guān)系到管子的彎曲質(zhì)量，我們將彎曲不同速度下的相同管子 ： 0.4 rad s， 1.0 rad s 和 1.6rad s 比較他們的橢圓度 其結(jié)果顯示在圖 7中 圖 7，不同回轉(zhuǎn)速度下的橢圓比 顯然我們使用越高的速度，使管變形的時(shí)間就會(huì)越短，這樣將不利于我們得到高質(zhì)量的管，這就建議我們減慢速度會(huì)有益與質(zhì)量， 4 2 背部力量的沖擊 在實(shí)際生產(chǎn)中，背部受力總是可以得到更好的質(zhì)量，在這里來(lái)模擬，（如圖 8所示） 我們能見(jiàn)到 在管的最后使用了大的推力，我們就會(huì)得到更高的質(zhì)量，但 是這個(gè)影響不是很顯著，在模塊化的模擬中我們已經(jīng)忽略了可逆破壞結(jié)構(gòu)的影響，如果這個(gè)結(jié)構(gòu)被采取，正如當(dāng)真正生產(chǎn)時(shí)，材料會(huì)流動(dòng)到結(jié)構(gòu)的縫隙中，這會(huì) 非常有益于質(zhì)量參數(shù)，除此之外，在推力被應(yīng)用以后，回轉(zhuǎn)的時(shí)間就會(huì)大大減小，那對(duì)大管的彎曲是很重要的。 圖 8，不同推力下的橢圓比的比較 5 結(jié)論 一個(gè) FEM數(shù)字模擬系統(tǒng)的建立可以展示冷管的彎曲，比如橢圓比，側(cè)壁的變薄比 和設(shè)備的驅(qū)動(dòng)力，計(jì)算機(jī)將模擬計(jì)劃和使計(jì)劃被預(yù)測(cè)，與實(shí)際生產(chǎn)做比較，模擬的方法被證明比通過(guò)試驗(yàn) -生產(chǎn)的方法得到更高的效率和經(jīng)濟(jì)性。 參考： （ 1） 羅 模占駝羅（ 印度的一個(gè)神教， ）松緊帶 -塑性破壞的力學(xué)基礎(chǔ)預(yù)測(cè)在經(jīng)過(guò)一個(gè)側(cè)壁圓周的管的彎曲中， 交易在印度的金屬學(xué)會(huì)進(jìn)行， 2005， 58 (2)：461 466 （ 2） 自應(yīng)力加工中的厚壁彎曲管，國(guó)際機(jī)械學(xué)會(huì)的記載 2O04， 46(11) 1675 1696 （ 3） 貝克 .海德。幾何學(xué)在攀爬 900的失敗中具有影響力 ，用開(kāi)始的狀態(tài)給彎曲管增壓了，國(guó)際壓力管道 ， 2005， 82，（ 7）： 509-16 （ 4） 賴一喃 張光欲 于好喃 。數(shù)字的模擬和旋轉(zhuǎn)的彎曲管的最佳設(shè)計(jì) 提供了材料和技術(shù)。 2008