Исследование напряженно-деформированного состояния металла и полей температур в процессе выштамповки главных патрубков реактора ВВЭР-1200

В данной работе сотрудниками CompMechLab®  выполнено конечно-элементное (КЭ) моделирование процесса выштамповки главных патрубков реактора ВВЭР-1200 с проведением расчета деформаций, напряжений и температурных полей в процессе выштамповки на модели обечайки зоны патрубков.

Выполнена валидация результатов КЭ моделирования путем сравнения экспериментальных и полученных КЭ моделированием геометрических размеров обечайки и патрубков после выштамповки.

Технологический процесс выштамповки главных патрубков регламентирован по операционным картам контроля и фиксации процесса выштамповки и чертежам. Для конечно-элементного (КЭ) моделирования технологический процесс выштамповки патрубков разделен на пять этапов по типу решаемых задач (нестационарная теплопроводность и связанная динамическая задача термоупругости).

Этапы процесса выштамповки патрубка

 КЭ моделирование технологического процесса выштамповки главных патрубков выполнено поэтапно для 5-ти интервалов операций.

Этап 1. Разогрев обечайки в печи до температуры 10700 С. После этапа разогрева следует транспортировка обечайки к прессу продолжительностью 30 минут.

Этап 2. Установка обечайки на прессе.

Этап 3. Первая фаза выштамповки продолжительностью 2 секунды.

Этап 4. Замена штамповой оснастки (установка проставки) продолжительностью 17 минут.

Этап 5. Вторая фаза выштамповки продолжительностью 2 секунды.

В ходе выполнения работы были разработаны полномасштабные пространственные геометрические и конечно-элементные модели заготовки обечайки зоны патрубков под выштамповку, а также модели штамповой оснастки (матрицы и пуансона). Проведен расчет деформаций, напряжений и температурных полей в процессе выштамповки обечайки. Для выполнения расчета использована упруго-пластическая модель поведения материала, учитывающая скорости деформаций и температуры.

КЭ модель заготовки обечайки зоны патрубков под выштамповку и оснастки.	КЭ модель штамповой оснастки (пуансона).	КЭ модель штамповой оснастки (матрицы).

КЭ модель заготовки обечайки зоны патрубков под выштамповку
Начальная сетка КЭ	Адаптивно перестроенная сетка КЭ на этапе решения

 

Распределение температуры в обечайке (сечение) после процесса транспортировки

 

Распределение модуля вектора перемещений при выштамповке патрубка (сечение)		Распределение интенсивности пластических деформаций при выштамповке патрубка (сечение)
Окончание первой фазы	Окончание второй фазы	Окончание первой фазы	Окончание второй фазы

 

Результаты расчета представлены в виде временных графиков температур в различных точках заготовки, а также в виде полей температур в различные моменты времени. Результаты исследования напряженно-деформированного состояния заготовки обечайки зоны патрубков представлены в виде полей распределения модуля вектора перемещений, интенсивности деформаций и интенсивности приведенных напряжений по Мизесу в различные моменты времени. Установлены максимальные значения исследуемых величин.

Распределение интенсивности приведенных напряжений по Мизесу при выштамповке патрубка
Окончание первой фазы	Окончание второй фазы

 

Распределение интенсивности приведенных напряжений по Мизесу. Окончание выштамповки

 

В работе проведен сравнительный анализ геометрических параметров патрубка, полученных в результате КЭ моделирования выштамповки, с результатами геометрических замеров, предоставленных заказчиком. Замеры выполнены 16.10.2009 (поковка №902429, плавка №195474-1). Результаты сравнительного анализа позволяют сделать вывод о высокой степени адекватности выбранной конечно-элементной модели, методов расчета, моделей материалов и алгоритмов применяемых для адаптивного перестроения сетки КЭ.

Результаты данной работы (напряженно-деформированное состояние и распределение температуры) могут быть использованы для разработки условий выштамповки на плоской заготовке с целью обеспечения идентичности деформаций, напряжений и температурных полей при выштамповке патрубков на обечайке.