复合管液压胀接成型的理论分析与数值模拟(第四章)

1、第四章 热载荷对复合管残余接触压力的影响第四章 热载荷对复合管残余接触压力影响的数值模拟4.1 引言经过塑性成形得到的双金属复合管管层之间的结合方式为机械结合,因此工作温度的循环变化 将引起内外管的变形量不同,可能会导致复合管出现分离脱层现象;因此研究经历温度循环变化后 复合管的结合紧密程度是一个很重的问题。陈海云 21等经过试验分析得出结论:当温度超过反向屈 服温度后,随着温度的升高后冷却,其残余接触压力逐渐降低,当温度升高到一定状态时,内外管 分层脱离。4.2 热载荷对残余接触压力的影响4.2.1 有限元模型及载荷施加有限元模型采用 3.2.1的有限元模型,在模拟分析热载荷对复合管残余接触

2、压力得影响时,所 用模型为加载压力作用下卸载后得到残余接触压力基础上再施加温度载荷。因此,计算时加载的载 荷包括复合管成形所需的胀管压力和温度载荷。采用有限元法模拟热载荷对复合管残余接触压力的影响,材料的热膨胀系数可以定为随温度变 化的函数, 对任一温度下的值程序自动进行插值处理, 因此该方法比理论假设更为接进实际。 20钢 和 OCr18Ni9材料随温度变化特性见表 4.1。表4.1 热膨胀系数 随温度变 化特性表 有限元计算载荷加载过程:在模拟液压胀接过程后,即从第三个载荷步开始分多载荷步施加节点温度载荷。分别以最高温 度为 200、300、350施加三组升温降温循环,每个温度循环的升温过

3、程从 0按 50的增 量递增到最高温度,降温则按照相同量递减到 0,在分析时不考虑蠕变的影响。(1 最高温度为 200时的升温降温模拟 前两步施加胀管压力并卸压, 从第三步开始分八 个载荷步施加温度载荷。表 4.2为温度载荷的施加及残余接触压力的变化。21南京工业大学学士学位论文表4.2 最高温度 为200的升温降温 过程模拟载荷步 温度 ( 残余接触压力(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最高温度为 300时的升温降温模拟 载荷施加同以上分析。表

4、4.3为温度载荷的施加 及残余接触压力的变化。表4.3 最高温度 为300的升温降温 过程模拟载荷步 温度 ( 残余接触压力(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 最高温度为 350时的升温降温模拟 载荷施加同以上分析。 表 4.4为温度载荷的施加 及残余接触压力的变化。表4.4 最高温度 为350的升温降温 过程模拟载荷步 温度 ( 残余接触压力(MPa2 - 3

5、7.63 50 41.14 100 42.15 150 42.26 200 42.37 250 42.422第四章 热载荷对复合管残余接触压力的影响 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图4.1 温度循环对 残余接触 压力的影 响图 4.1为三组温度循环对残余接触压力影响,图 4.2为最高温度200时Contact pressure 状 态模拟图。 从图中可以看出升温阶段的残余接触压力缓慢增加, 而降温阶段残余接触压力明显减少。 三组温度循环对残余接触压力的影响总结如下:1 胀管经过一个温度循环后,残余接触压力有明显降低。 2 最高温度越高,经过一个循环后残余接触压力越低。3 在该参数下的内衬不锈钢复合管的工作温度应该控制在 350以下,否则会发生松脱失效。南京工业大学学士学位论文 24 Load step 3 Load step 4Load step 5 Load step 6Load step 7 Load step 8Load step 9 Load step 10图4.2 最高温度200时Contact pressure状态模拟