CompMechLab Новости 12 Июня 2012 года
Данная новость была прочитана 5665 раз

CompMechLab®-исследования. В 2011-2012 гг. сотрудники CompMechLab® НИУ СПбГПУ выполнили НИОКР по заказу ЗАО "Ижорский трубный завод", посвященную совершенствованию технологии производства труб большого диаметра. Представлены некоторые результаты выполненн

Логотип Лаборатории "Вычислительная механики" (CompMechLab)     Логотип Лаборатории "Вычислительная механики" (CompMechLab)

В 2011-2012 г. сотрудниками лаборатории "Вычислительная механика" (CompMechLab®) НИУ СПбГПУ была выполнена НИОКР для ЗАО "Ижорский трубный завод" по теме
"Совершенствование технологии производства труб большого диаметра (подгибка кромок, шаговая JCO-формовка, технологическая сварка и сварка рабочих швов, экспандирование). Разработка математических и конечно-элементных моделей и выполнение конечно-элементных расчетов пространственного теплового и напряженно-деформированного состояния металла (на основе ANSYS / LS-DYNA / SYSWELD-технологий)".

Целью работы было конечно-элементное исследование напряженно-деформированного состояния, возникающего в заготовке в процессе изготовления труб большого диаметра из стального листа на основных четырех этапах технологического цикла:

  • подгибка кромок,
  • шаговая JCO-формовка,
  • технологическая сварка и сварка рабочих швов,
  • экспандирование.

Этапы технологического цикла прозводства труб большого диаметра
Этапы технологического цикла производства труб большого диаметра

В ходе первых двух этапов конечно-элементного (КЭ) моделирования исследовались процессы деформирования и соответвующие напряженное-деформированные состояния, возникающие в процессе многошаговой подгибки кромок листа, а также механическое поведение трубной заготовки с подогнутыми кромками в ходе технологической многошаговой процедуры "формовка" (на основе ANSYS / LS-DYNA-технологий).

Результаты конечно-элементного моделирования: операция подгибки кромок и формовки трубы из листа, поля интенсивности пластических деформаций
Результаты конечно-элементного моделирования (на основе ANSYS / LS-DYNA-технологий)
технологических операций: операция подгибки кромок и формовки трубы из листа.
На рисунке представлено поле интенсивности пластических деформаций (анимация)

В третьей части работы выполнено КЭ моделирование процессов деформирования, возникающих в ходе сведения кромок и выполнения технологических операций сварки свободных кромок и друг с другом (на основе SYSWELD-технологии).

Результаты конечно-элементного моделирования: технологическая операция подгибки краев и полный технологический процесс сварки трубы в соответствии с последовательностью нанесения швов, поля перемещений (анимация)Результаты конечно-элементного моделирования: технологическая операция подгибки краев и полный технологический процесс сварки трубы в соответствии с последовательностью нанесения швов, поля перемещений (анимация)
Результаты конечно-элементного моделирования: технологическая операция подгибки краев
и полный технологический процесс сварки трубы в соответствии
с последовательностью нанесения швов (на основе SYSWELD-технологии).
На рисунке представлены поля перемещений (анимация)

Конечно-элементное моделирование нанесения технологических и основных сварных швов выполнено в соответствии с заданным технологическим процессом. Целью этого этапа работы являлось исследование нестационарных пространственных температурных полей, возникающих от перемещающегося в пространстве теплового источника, а также КЭ исследование параметров напряженно-деформированного состояния трубы в процессе выполнения сварки и КЭ исследование остаточных деформаций после полного остывания трубы.

Результаты конечно-элементного моделирования: деформированное состояние трубы (d813) в различные моменты времени при выполнении наружного шва
Результаты конечно-элементного моделирования (на основе SYSWELD-технологии):
деформированное состояние трубы (d813) в различные моменты времени при выполнении наружного шва

Результаты конечно-элементного моделирования: поле перемещений в трубе после операций сварки
Результаты КЭ моделирования: поле перемещений трубы после операций сварки
Результаты конечно-элементного моделирования: распределение температур после операций сварки
Результаты КЭ моделирования: распределение температур после операций сварки
Результаты конечно-элементного моделирования: эффективные пластические деформации в зоне сварного шва после операций сварки
Результаты КЭ моделирования: эффективные пластические деформации в зоне сварного шва после операций сварки
Результаты конечно-элементного моделирования: распределение эквивалентных напряжений в зоне шва после выполнения сварки
Результаты КЭ моделирования: распределение эквивалентных напряжений в зоне шва после выполнения сварки

 
Результаты конечно-элементного моделирования: изменение во времени контура ванны расплава и зоны термического влияния в процессе выполнения внутреннего шва, приведены температурные поля
Результаты КЭ моделирования: изменение температурного поля во времени

 Сравнение с экспериментом – хорошее совпадение результатов расчетов с образцом макрошлифа по контуру проплавления и зоны термического влияния для трубы d1420
Сравнение результатов КЭ моделирования с экспериментальными результатами.
Видно хорошее совпадение КЭ-результатов с образцом макрошлифа по контуру проплавления
и зоны термического влияния для трубы d1420

На четвертом этапе работы выполнялось конечно-элементное исследование механического поведения трубной заготовки в процессе технологического этапа – экспандирования трубы (на основе ANSYS / LS-DYNA-технологий). Принципиально важным для этого и всех предыдущих этапов является корректный учет ("наследование") полей деформаций, полученные на предыдущих технологических операциях. Экспандирование трубы выполняется с целью обеспечения требуемой цилиндрической формы трубы для дальнейших операций сборки и монтажа.

Результаты конечно-элементного моделирования: операция экспандирования трубы после сварки, поля деформаций в процессе выполнения экспандирования
Результаты конечно-элементного моделирования (на основе ANSYS / LS-DYNA-технологий):
операция экспандирования трубы после сварки. Поля интенсивности пластических деформаций в процессе
выполнения экспандирования (анимация)

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® на основе выполненных в 2011–2012 гг. конечно-элементных исследований.