弧形构件冷弯工艺及平面内承载力研究

作     者：张喜林 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王仁华

授予年度：2017年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：弧形圆管构件 冷弯工艺 有限元分析 平面内稳定性 

摘      要：随着经济的发展,大跨度空间结构是目前发展最为迅速且结构形式丰富多样的体系,导致众多行业对于弧形构件的需求量在不断增加,例如能源行业中石油和天然气的管道运输、大型体育场馆的空间网架结构和海洋平台等。构件经历热弯或冷弯成形工艺生成所需要的形状,特别是冷弯成形工艺所产生的残余应力以及材性的改变受到普遍关注。然而,无论按照何种方式进行弯曲,弯曲后的构件都会伴有回弹和残余应力的产生,使得最终弧形构件中的残余应力分布和回弹量的真实值与设计值之间会存在一定的误差,这样不仅会影响现场的安装精度,而且构件中的残余应力也会对整个结构的承载力产生不利影响。近年来,一些学者针对冷弯构件的成形技术和成形工艺进行了研究,并得出了一些重要的数据和结论,但是还没有学者或相关规范采用连续多段和中间顶弯的弯曲工艺来对构件的弯曲过程进行研究。本课题选用圆形截面钢管作为研究对象,采用中间顶弯的方法,通过数值模拟分析来研究不同的工艺参数对弯曲后弧形圆管构件质量的影响情况。本课题重点进行了以下几个方面的研究工作:(1)建立冷弯钢管有限元模型,并确定其本构关系。(2)通过对钢管的一段和多段弯曲进行有限元分析,研究弯曲后钢管的残余应力、残余应变、壁厚、椭圆度和成形矢高的分布情况。(3)研究三个冷弯工艺参数(包括油缸位移加载量、顶板弧度以及支承间离)对钢管成形后各项指标的影响情况。(4)研究弧形构件的荷载类型。(5)考虑初始缺陷,对弯曲后弧形构件的平面内稳定性进行研究。通过对该成形工艺的深入研究,对工厂生产出高质量的弧形构件和制定有关规程具有十分重要的指导意义。