復(fù)合管液壓脹接成型的理論分析與數(shù)值模擬(第四章)

1、第四章 熱載荷對(duì)復(fù)合管殘余接觸壓力的影響第四章 熱載荷對(duì)復(fù)合管殘余接觸壓力影響的數(shù)值模擬4.1 引言經(jīng)過(guò)塑性成形得到的雙金屬?gòu)?fù)合管管層之間的結(jié)合方式為機(jī)械結(jié)合,因此工作溫度的循環(huán)變化 將引起內(nèi)外管的變形量不同,可能會(huì)導(dǎo)致復(fù)合管出現(xiàn)分離脫層現(xiàn)象;因此研究經(jīng)歷溫度循環(huán)變化后 復(fù)合管的結(jié)合緊密程度是一個(gè)很重的問(wèn)題。陳海云 21等經(jīng)過(guò)試驗(yàn)分析得出結(jié)論:當(dāng)溫度超過(guò)反向屈 服溫度后,隨著溫度的升高后冷卻,其殘余接觸壓力逐漸降低,當(dāng)溫度升高到一定狀態(tài)時(shí),內(nèi)外管 分層脫離。4.2 熱載荷對(duì)殘余接觸壓力的影響4.2.1 有限元模型及載荷施加有限元模型采用 3.2.1的有限元模型,在模擬分析熱載荷對(duì)復(fù)合管殘余接觸

2、壓力得影響時(shí),所 用模型為加載壓力作用下卸載后得到殘余接觸壓力基礎(chǔ)上再施加溫度載荷。因此,計(jì)算時(shí)加載的載 荷包括復(fù)合管成形所需的脹管壓力和溫度載荷。采用有限元法模擬熱載荷對(duì)復(fù)合管殘余接觸壓力的影響,材料的熱膨脹系數(shù)可以定為隨溫度變 化的函數(shù), 對(duì)任一溫度下的值程序自動(dòng)進(jìn)行插值處理, 因此該方法比理論假設(shè)更為接進(jìn)實(shí)際。 20鋼 和 OCr18Ni9材料隨溫度變化特性見(jiàn)表 4.1。表4.1 熱膨脹系數(shù) 隨溫度變 化特性表 有限元計(jì)算載荷加載過(guò)程:在模擬液壓脹接過(guò)程后,即從第三個(gè)載荷步開(kāi)始分多載荷步施加節(jié)點(diǎn)溫度載荷。分別以最高溫 度為 200、300、350施加三組升溫降溫循環(huán),每個(gè)溫度循環(huán)的升溫過(guò)

3、程從 0按 50的增 量遞增到最高溫度,降溫則按照相同量遞減到 0,在分析時(shí)不考慮蠕變的影響。(1 最高溫度為 200時(shí)的升溫降溫模擬 前兩步施加脹管壓力并卸壓, 從第三步開(kāi)始分八 個(gè)載荷步施加溫度載荷。表 4.2為溫度載荷的施加及殘余接觸壓力的變化。21南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文表4.2 最高溫度 為200的升溫降溫 過(guò)程模擬載荷步 溫度 ( 殘余接觸壓力(MPa2 - 37.63 50 41.14 100 42.15 150 42.26 200 42.37 150 36.58 100 30.39 50 23.610 0 16.7(2最高溫度為 300時(shí)的升溫降溫模擬 載荷施加同以上分析。表

4、4.3為溫度載荷的施加 及殘余接觸壓力的變化。表4.3 最高溫度 為300的升溫降溫 過(guò)程模擬載荷步 溫度 ( 殘余接觸壓力(MPa2 - 37.63 50 41.14 100 42.15 150 42.26 200 42.37 250 42.48 300 42.59 250 37.410 200 31.811 150 26.112 100 19.813 50 13.214 0 6.29(3 最高溫度為 350時(shí)的升溫降溫模擬 載荷施加同以上分析。 表 4.4為溫度載荷的施加 及殘余接觸壓力的變化。表4.4 最高溫度 為350的升溫降溫 過(guò)程模擬載荷步 溫度 ( 殘余接觸壓力(MPa2 - 3

5、7.63 50 41.14 100 42.15 150 42.26 200 42.37 250 42.422第四章 熱載荷對(duì)復(fù)合管殘余接觸壓力的影響 238 300 42.5 9 350 42.6 10 300 36.5 11 250 31.4 12 200 25.9 13 150 20.1 14 100 13.9 15 50 7.24 16 0 0.34圖4.1 溫度循環(huán)對(duì) 殘余接觸 壓力的影 響圖 4.1為三組溫度循環(huán)對(duì)殘余接觸壓力影響,圖 4.2為最高溫度200時(shí)Contact pressure 狀 態(tài)模擬圖。 從圖中可以看出升溫階段的殘余接觸壓力緩慢增加, 而降溫階段殘余接觸壓力明顯減少。 三組溫度循環(huán)對(duì)殘余接觸壓力的影響總結(jié)如下:1 脹管經(jīng)過(guò)一個(gè)溫度循環(huán)后,殘余接觸壓力有明顯降低。 2 最高溫度越高,經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)后殘余接觸壓力越低。3 在該參數(shù)下的內(nèi)襯不銹鋼復(fù)合管的工作溫度應(yīng)該控制在 350以下,否則會(huì)發(fā)生松脫失效。南京工業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 Load step 3 Load step 4Load step 5 Load step 6Load step 7 Load step 8Load step 9 Load step 10圖4.2 最高溫度200時(shí)Contact pressure狀態(tài)模擬