壓縮酸洗無縫管變形和斷裂

有良好的熱強性、強耐腐蝕性和低熱膨脹性，被廣泛用于各類耐高溫酸洗無縫管中，但P91酸洗無縫管材料合金含量較高，加工成型困難，經過多年的引進發展目前國內只有少數幾家可以生產成品酸洗無縫管，由于成品率不高，工藝改進進展緩慢，造成國產酸洗無縫管成本過高，與國外同類產品的競爭中處于劣勢，國內消耗長期依賴進口。2009年后，伴隨著一系列重型擠壓裝備的研制成功，采用熱擠壓法生產高質量酸洗無縫管走入人們視野。本文以計算機模擬技術為依托，利用有限元軟件DEFORM來模擬分析酸洗無縫管的穿孔制坯過程和熱擠壓成型過程，采用熱力耦合方法分析了穿孔過程中金屬的流動規律，速度場、溫度場、等效應力場等。對熱擠壓過程的分析中，通過與相關文獻的實測數據做對比，驗證了模型的可靠性，隨后重點分析了P91厚壁無縫鋼管在熱擠壓過程中的各種場量，包括模具的溫度場、表面磨損情況等，揭示了酸洗無縫管在熱擠壓成型過程中的變形規律。近年來隨著我國經濟的迅速發展,壓縮酸洗無縫管變形和斷裂酸洗無縫管性能優異。汽車在國內的保有量在不斷的增加。人們出行變得越來越方便,但同時汽車數量的增加,也帶來了新的社會問題,尤其是環境污染越來越嚴重,這關系到人類可持續發展的重大問題。因此,降低燃油消耗、減少汽車尾氣排放成為汽車工程界主攻的方向。汽車輕量化是解決以上問題的最有效的措施之一,而汽車輕量化主要包括結構設計輕量化和材料輕量化兩種方法。
 由于前者經過長時間的研究和完善,改進空間已經不大,然而后者隨著科學技術的不斷發展以及新型材料的不斷涌現,給汽車輕量化帶來了更廣闊的發展空間。本文主要針對新型鎂合金材料進行了全面細致的研究。目前鎂合金應用的主要障礙之一是其復雜的塑性變形機理和破壞準則。20g高壓鍋爐管合金較差的柔韌性使其極易在碰撞中斷裂,成為汽車安全的重大挑戰。非線性大變形有限元的模擬計算可能幫助設計者在汽車設計階段準確預測鎂合金結構的變形和斷裂,從而降低開發成本。其中的關鍵技術就鎂合金材料的塑性和斷裂模型。目前國際上對這種材料還沒有成熟的材料模型,研究熱點之一。本文主要通過大量材料實驗(包括拉伸、壓縮、鋁管剪切和缺口試驗)分析了AZ31B鎂合金板的力學特性并且針對鎂合金的各向異性特征,對JC模型和采用關聯流動法則的Hill48本構模型與試驗數據進行了對比分析,得到Hill48本構模型對于預測AZ31B鎂合金的材料特性具有更高的準確性。利用LS-DYNA 軟件對拉伸、壓縮、剪切和缺口試驗進行有限元仿真并且試驗數據對比分析,從而驗證模型的準確性。利用得到模型制作材料卡片,替換前縱梁材料為AZ31B鎂合金材料,采用LS-DYNA 有限元軟件進行汽車前縱梁材料輕量化設計,比較材料替換前后前縱梁酸洗無縫管性能,并且對前縱梁酸洗無縫管進行了厚度優化,從而保證了前縱梁酸洗無縫管材料輕量化后仍具有較好的碰撞安全性能,由于試驗條件的限制,本文只進行了有限元仿真。另外材料研究結果表明,A Z31B鎂合金具有較低的延伸率和明顯的拉壓不對稱性,試驗過程中沒有明顯的頸縮現象,并且隨著應變率的升高鎂合金表現出明顯的正應變率相關性,隨著拉伸應變的增加,材料的各向異性特征逐漸減小。各向同性的JC模型不適用于AZ31B鎂合金材料,各向異性模型Hill48模型能夠更準確的預測AZ31B鎂合金材料特性。