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《中频感应局部加热弯管的回弹理论分析和试验研究Ξ》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第19卷第4期固体力学学报Vol.19No.41998年12月ACTAMECHANICASOLIDASINICADecember1998中频感应局部加热弯管的回弹X理论分析和试验研究胡 忠 夏福清(清华大学机械工程系,北京,100084)(能源部常州电力修造厂,常州,213012)摘 要 对中频感应局部加热弯管在不同钢管材料及规格、不同弯曲半径及弯曲角度等工艺参数时的加载和卸载的力能参数、应力应变进行了理论分析和实验研究.提出了中频感应局部加热弯制大直径钢管的回弹理论,并与实际弯制的20、10CrMo910和12Cr1MoV三种钢管弯头实测的回弹量进行了比较,理论计
2、算和试验结果吻合良好.关键词 弯管,回弹,感应加热,塑性理论,金属成形1 引言中频感应局部加热弯管工艺是1961年由日本第一高周波工业公司(DHF)申请专利.多年来,国内外对不同钢种的弯管工艺、弯管的力学性能、微观组织及宏观尺寸变化等方面进行了研究,取得了可喜的进展.但弯管后角度的回弹因涉及材料、规格、弯管工艺等因素,所以始终没能从理论和实践上得到很好的解决,给弯管加工带来了困难.本文通过对我国火电厂中常用的钢管材料的大直径弯管生产中回弹问题的分析,建立了回弹研究统一的数学模型,对弯管时加载和卸载的力能参数、应力应变进行了理论分析,推导出中频弯制大直径钢管的回弹公式.上述结果与
3、常州电力修造厂1000kW中频弯管机弯制的20、10CrMo910及12Cr1MoV等钢管材料在未经热处理时的实测回弹量吻合良好.以此可有效地控制生产中的回弹,为弯管机弯曲控制的机电一体化提供了可靠的控制模型.2 弯管受力分析不同材料钢管的弯管变形及其回弹主要受材料的本构关系和弯管工艺参数等影响,而加热冷却条件、弯曲速度以及弯管几何尺寸等弯管工艺参数直接影响了材料的本构关系.对于20、10CrMo910及12Cr1MoV等材料的本构关系具有相似性,因此可采用统一的力学模型进行力学分析.弯管过程的受力状态可简化成图1所示的模型,其中塑变区受轴向力Fz0、剪力Q0和弯矩Mb0,管子
4、弯曲时各部分的受力状态分析如图2所示,其中5为弯曲角、50为前夹头初始角,R为弯曲半径.X1997203213收到第1稿,1997212218收到修改稿.©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.· 固体力学学报 330·1998年第19卷图1 弯管受力分析模型 图2 弯管各部分受力分析图2.1 塑变区的受力分析由受力平衡条件得Fz0=F4sin(5+50);Q0=F4cos(5+50)因此Q0=Fz0cot(5+50)(1)
5、由力矩平衡条件得Fz0R=Mb0(2)2.2 前导辊至塑变区的直管段(l=0～L)的受力分析根据图2(a),由力矩平衡条件得Mb(l)=Fz0R+Q0l=Fz0R[1+löRõcot(5+50)](3)2.3 前夹头至弯曲部分的直管段(l=0～A)的受力分析根据图2(b),由力的平衡条件得Fz(l)=Fz0[cos5-sin5cot(5+50)](4)Q(l)=Fz0[cos5cot(5+50)+sin5](5)由力矩平衡条件得Mb(l)=Fz(l)R-Q(l)l=Fz0R{[cos5-sin5cot(5+50)]-l[cos5cot(5+50)+sin5]öR}(6)3 弯管
6、时塑变区的力能参数计算设管材在弯曲过程中横截面保持平面和圆形,如图3所示.其中t0为管子原始壁厚,rm为平均半径、A为弯曲中性层偏移角.则弯管横截面任一点的轴向应变为rcosH-rmsinAEz=(7)R+rmsinA壁厚方向的平均应变为-cosH+sinAEt=(8)Rörm+sinA 设塑变区所受剪力Q0均匀分布且方向与Q0一致,其剪应力值为©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.第4期 胡 忠等:中频感应局部加热弯管的回弹理论分析和试验研究 ·331·图3 塑变
7、区的应力应变分析图Q0S=(9)2Prmt0则由Mises屈服准则得塑变区的应力应变满足下式222Rz+4S=Rs(10)则轴向应力Rz为222Rz=±Rs-4S=±Rs1-[2fzcot(5+50)](11)0上式中,Rz在中性层以上时取正号,在中性层以下时取负号.fz=Fzö(2Prmt0Rs)为无量纲轴00向推力.则塑变区的轴向推力Fz为02Fz=-Rzds=-2Rs1-[2fzcot(5+50)]õ0k0S0Pö2-AP11∫t01+EtrmdH-∫t01+EtrmdH220Pö2-
