双金属复合管液压胀接原理与工艺参数优化研究

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双金属复合管由两种金属组成,内衬层采用耐蚀合金,作为介质隔离层,外承压层一般采用碳钢作为基层保护,经过塑性成形技术使得内外层紧密贴合。结合两种管材的优点,充分利用碳钢的刚性好、强度高、价格低廉等优势,又结合了耐蚀合金层的优良耐蚀性能,性价比优势明显。通过液压胀接方式成形的双金属复合管结合力大,疲劳强度高,具有较强的结构稳定性。本文主要通过弹塑性力学理论和ANSYS/Workbench有限元分析相结合的方法就双金属复合管液压胀接原理与工艺参数优化展开研究。主要内容有:  (1)首先基于弹塑性理论,将复合管成形过程分为加载阶段、保压阶段、卸载阶段,针对不同阶段进行弹塑性理论分析,分别建立了复合管成形过程中的瞬时挤压应力、成形完成后的残余挤压应力与胀接液压力之间的理论解析式,并给出胀接液压力的选取范围。其次,通过ANSYS/Workbench有限元分析软件对复合管成形过程中的理论解析解进行了验证,并针对基管发生塑性屈服后残余挤压应力的变化规律、衬管轴向收缩量与复合管长度之间的关系进行了数值模拟研究。  (2)设计五因素二指标正交试验方案,试验因素选取衬管厚度、基管厚度、初始间隙、初始管长和保压时间,并为各因素选取三种水平,双金属复合管成形完成后的残余挤压应力和壁厚分布均匀性指数作为试验考察指标,通过较少的数值模拟,得到各参数组合下的试验结果,通过对试验结果的直观和方差分析,确定各试验因素对试验指标影响的主次顺序和显著程度。最后利用综合平衡法获取最佳工艺参数组合,并使用有限元数值模拟结合MATLAB编程验证最佳工艺参数的优异性。最佳工艺参数组合的获取对指导生产实际具有重要的意义。  (3)设计一种常温小型高液压胀接试验的装置,在以往研究者的基础上,主要从加压胀头、排气堵头、密封系统及数据采集系统上进行了改进,使其可以承受最大60Mpa的超高液压力。装置的设计结构简单、易于拆卸,通过工业摄像机与图像处理手段引入视觉检测算法,代替传统的应变片数据采集方法,实现非接触测量,测量数据可以作为生产工艺改进的参考依据,提高产品质量。
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