69Q4.锥形螺旋焊管成形过程的研究－太原科技楚志兵秦建平.pdfVIP

2007 年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会 2007 年5 月 沈阳 锥形螺旋焊管成形过程的研究 楚志兵，秦建平 （太原科技大学材料学院，太原 030024 ） 摘 要：在研究螺旋焊管成形过程中带钢的变形特征，以及焊管管壁的层间应力情况的基础上。提出了一种特殊工 艺过程——锥形螺旋焊管成形工艺。本篇采用有限元法对锥形螺旋焊管成形过程进行有限元数值模拟，并通过实验 进行验证。 关键词: 锥形螺旋焊管；成形过程；应力；应变；有限元分析 Analysis the forming process of conical spiral weld pipe by FEM CHU Zhi-bing, QIN Jian-ping (TaiYuan University of Science and Technology, TaiYuan 030024) Abstract ：According to deformation features of sheet strip during forming process of the spiral weld pipe and the stress condition of weld pipe s wall between lower surface and upper surface. Formulating a special technical processing—conical spiral weld pipe. Meanwhile, the forming process of the conical spiral weld pipe was simulated by the finite element software in this article, and verified by experiment. Key words: conical spiral weld pipe; forming process; stress; strain; finite element analysis . 1 引言 由于锥形管具有良好的等强度力学性能，在建筑结构领域有广泛的用途。近年来, 随着城市建 设、道路工程和输变电行业的发展，对锥形焊管的数量和质量提出了更高的要求。广阔的市场前景 给锥形焊管的发展带来了新的机遇和挑战。传统生产工艺基本上都是以压制为主，加工成直缝锥形 焊管，但由于在成形前必须将钢板裁剪成等腰梯形，造成了材料浪费、成本高、效率低的现象，很 难实现大规模生产。致使锥形管的价格远高于普通焊管。 只能够采用订单式的小批量生产方式。而 锥形螺旋焊管的生产可以克服上述问题，大批量、系列化生产成为可能。 针对上述生产技术问题，笔者提出采用螺旋成形的生产工艺，即通过带钢在锥形辊上强力缠绕 的方式生产锥形螺旋焊管。与锥形直缝焊管相比，锥形螺旋焊管除了优良的性能和价格比外，还具 有良好的焊缝质量，因此锥形螺旋焊管将会像普通螺旋焊管一样成为市场上可以随时购买和使用的 钢材。 从而丰富钢材的品种规格，提高钢材的利用率。 由于主要的成形工具——缠绕辊有一定的锥度，锥形螺旋焊管的其成形过程比普通螺旋焊管更 为复杂。平行四边形带钢的空间弯曲变形（考虑成形角）使带钢的应力应变更加不均匀。因此,分析 带钢的应力以及应变分布情况，对于工艺参数的制定是十分重要的。 基于上述原因，采用非线性有限元软件ANSYS/LY-DYNA ，尝试对锥形螺旋焊管的成形过程进 行数值计算。但是，即使采用数值方法分析锥形螺旋焊管的成形过程也存在计算量大的问题。该问 题包括材料非线性（塑性弯曲）、几何非线性（大变形）和边界条件非线性（接触问题）。笔者根 380 2007 年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会 2007 年5 月 沈阳 据成形过程中板的变形特征而采取特殊的单元划