无缝钢管轧制工艺及其数值模拟PDF电子书下载

上篇 钢管轧制成型工艺基本理论 1

第1章 绪论 1

1.1 无缝钢管生产质量与工艺 1

1.2 无缝钢管基础理论研究概况 4

1.3 我国无缝钢管的发展历程 7

1.4 无缝钢管生产技术的目的和任务 10

第2章 钢管纵轧理论 11

2.1 圆孔型中轧管的分类和变形过程 11

2.2 纵轧几何学 13

2.2.1 变形区的几何关系 13

2.2.2 孔型几何参数 16

2.2.3 变形区的后边界方程式 19

2.3 管子的最少压扁条件 22

2.4 在圆孔型中轧管时的咬入条件 24

2.5 纵轧运动学 28

2.5.1 速度分析 28

2.5.2 无芯棒轧制的速度关系 29

2.5.3 带芯棒轧制的速度关系 32

2.6 在圆孔型中轧管时金属的变形和流动 35

2.6.1 圆孔型中管坯轧制的变形和流动 35

2.6.2 轧制空心坯时金属流动的基本方程式 36

2.7 纵轧力能参数计算 37

2.7.1 无芯棒轧管的力能参数计算 37

2.7.2 带芯棒轧管的力能参数计算 40

第3章 钢管斜轧理论 46

3.1 斜轧的应力与变形 46

3.1.1 孔腔形成理论 47

3.1.2 三角形效应分析 49

3.1.3 斜轧变形 50

3.2 斜轧几何学 59

3.2.1 斜轧变形区的特点 59

3.2.2 斜轧空间坐标变换关系 65

3.2.3 斜轧机轧辊辊形的计算 69

3.2.4 斜轧孔型开度值计算 74

3.3 斜轧运动学 78

3.3.1 轧辊的运动速度 78

3.3.2 轧件的运动速度 79

3.3.3 变形区内金属的滑移 79

3.3.4 大送进角轧制 85

3.4 斜轧机力能参数计算 88

3.4.1 接触面积的计算 89

3.4.2 变形速度及变形程度的确定 91

3.4.3 斜轧单位压力计算 92

3.4.4 顶头上轴向力的确定 97

3.4.5 斜轧受力分析与力矩计算 98

第4章 钢管纵连轧理论 102

4.1 钢管连轧的运动学现象 102

4.1.1 钢管连轧的运动学现象 102

4.1.2 滑移现象 105

4.1.3 张力系数 109

4.2 连轧管运动状态的分析 110

4.2.1 轧件与芯棒的位移关系 110

4.2.2 机架及其确定 112

4.2.3 断续轧制分析 114

4.2.4 单机轧制芯棒运动特性 121

4.3 钢管连轧中的变形与应力 125

4.3.1 连轧管管内应力分析 125

4.3.2 侧壁变形和应力分析 138

第5章 钢管斜连轧理论 142

5.1 三辊斜连轧机工艺开发的理论基础 142

5.1.1 三辊斜轧穿孔机设备特点及钢管变形特点 142

5.1.2 Assel轧管机设备特点及钢管变形特点 143

5.2 三辊连续式穿轧工艺特点 144

5.2.1 设备概述 144

5.2.2 工艺流程及特点 144

5.2.3 主机部分介绍 145

5.3 三辊连续式穿轧工艺力能参数的工程计算方法 147

5.3.1 工程法概述 147

5.3.2 金属变形区的划分 148

5.3.3 计算分析前的几个假设 148

5.3.4 力的计算分析 150

5.4 基于上限法的三辊斜连轧工艺参数计算 153

5.4.1 上限法的概念及应用 153

5.4.2 上限法的基本理论 154

5.5 三辊斜连轧速度场的建立 156

5.5.1 速度场推导过程中的参数及意义 156

5.5.2 速度场建立的前提及建立过程 157

5.6 穿轧过程中变形功率的计算 163

5.6.1 咬入区（Ⅰ）的功率 163

5.6.2 穿孔区（Ⅱ）的功率 164

5.6.3 扩径区（Ⅲ）中的功率 165

5.7 轧制过程中各变形区的功率 167

5.8 轧制过程的总功率 170

5.8.1 总内变形功率？d 170

5.8.2 总剪切功率？A 170

5.8.3 总剪切功率？f 171

5.9 轧制力和力矩以及顶头轴向负荷计算 172

5.9.1 轧制力的计算 172

5.9.2 轧制力矩以及顶头轴向负荷计算 174

第6章 钢管张力减径理论 178

6.1 张减变形力学基础 178

6.1.1 张减的对数应变 178

6.1.2 径向平衡微分方程及其求解 180

6.1.3 轴向应力的确定 181

6.1.4 形状变化系数 181

6.1.5 应力—应变关系 182

6.1.6 张力减径塑性变形方程 184

6.1.7 张力系数计算 185

6.1.8 应变与张力系数、壁厚系数之间的关系 185

6.1.9 张力减径机架间的塑性变形 185

6.1.10 流动速度关系 188

6.1.11 钢管切头长度计算 189

6.2 张力减径孔型设计相关参数 189

6.2.1 孔型的椭圆度 189

6.2.2 孔型宽展系数 190

6.2.3 总减径率ρ∑和单机架减径率ρi 190

6.2.4 校核系数、覆盖系数与减径率之间的关系 191

6.2.5 椭圆度和覆盖系数之间的关系 191

6.2.6 孔型设计的机架数量确定 192

6.2.7 轧制直径的确定 192

参考文献 195

下篇 钢管轧制过程的数值模拟 197

第7章 基于塑性有限元方法的斜轧过程模拟 197

7.1 刚塑性有限元 198

7.2 刚塑性斜轧有限元模型 199

7.2.1 刚塑性材料模型 199

7.2.2 泛函的建立及变分原理 203

7.2.3 三维刚塑性有限元刚阵的建立 205

7.2.4 速度场建立 209

7.3 斜轧过程的几何建模 210

7.3.1 斜轧穿孔坐标建立 210

7.3.2 空间几何假设 210

7.3.3 空间几何曲线 211

7.3.4 咬入点与出口点的确定 213

7.3.5 咬入点到轧辊与顶头轴线之距离 215

7.4 斜轧有限元求解若干问题处理 216

7.4.1 网格划分 216

7.4.2 网格修正 217

7.4.3 变形工具与轧件的关系 218

7.4.4 斜轧变形历史的处理 219

7.5 斜轧有限元计算结果 221

7.5.1 应变率的分布情况 222

7.5.2 应变分布情况 222

7.5.3 应力场分布情况 223

7.5.4 速度场质点运动情况 224

7.5.5 坯料穿孔过程轴向的扭转 224

7.5.6 滑移系数 225

第8章 基于无网格法的斜轧过程模拟 227

8.1 无网格法的计算精度 227

8.1.1 基函数的选取 228

8.1.2 节点分布密度 229

8.1.3 支持域的选取 230

8.1.4 积分的阶数 231

8.1.5 无网格法精确性数值算例 232

8.2 斜轧刚塑性无网格伽辽金求解方法 235

8.2.1 模拟参数求解方法 235

8.2.2 等效应变速率和体积应变速率的矩阵表示 236

8.2.3 斜轧伽辽金法模型 238

8.2.4 离散控制方程的建立 241

8.2.5 算法流程 244

8.3 斜轧穿孔过程EFGM关键技术的解决方法 245

8.3.1 边界条件的实施方案 245

8.3.2 初始速度场的建立 247

8.3.3 刚性区的处理 248

8.3.4 收敛的判据 248

8.4 斜轧穿孔EFGM模拟 249

8.4.1 变形分析 250

8.4.2 应变场分布 250

8.4.3 应变率分布 251

8.4.4 应力场分布 253

8.4.5 接触压力分布 254

第9章 三辊斜连轧工艺参数的计算与模拟 255

9.1 斜连轧工艺参数计算程序开发 255

9.1.1 Mathematica在计算过程中的应用 255

9.1.2 力能参数界面的开发 255

9.1.3 编程初始参数设定 256

9.1.4 改变初始参数时的程序算例 257

9.2 有限元模型与边界条件 259

9.2.1 孔型的构成 259

9.2.2 管坯尺寸、材质及其单元划分 260

9.2.3 初始条件和边界条件 260

9.3 模拟结果的分析与讨论 261

9.3.1 轧件变形特征及其应变分布 261

9.3.2 实心坯斜轧穿孔变形过程模拟分析 262

9.3.3 轧管过程变形规律模拟 264

9.4 斜连轧过程模拟结果分析 266

9.4.1 斜连轧过程变形分析 266

9.4.2 斜连轧速度分析 267

9.4.3 斜连轧过程轧制力计算 268

第10章 纵连轧工艺过程的有限元模拟 269

10.1 连轧管有限元模型及初始条件 269

10.2 不带张力时连轧铝管有限元分析 271

10.2.1 应力模拟结果 271

10.2.2 应变模拟结果 272

10.2.3 金属流动模拟结果 273

10.2.4 轧制力计算结果分析 275

10.2.5 限动芯棒轴向摩擦力 276

10.2.6 铝管速度变化 276

10.2.7 铝管厚度变化 277

10.3 带张力时连轧铝管有限元分析 279

10.4 不带张力时单机架铝管轧制有限元分析 279

10.4.1 轧制力与轧辊圆周速ω1和芯棒速度vm比值的关系 279

10.4.2 芯棒轴向力与轧辊圆周速ω1和芯棒速度vm比值的关系 280

10.5 带张力时单机架铝管轧制有限元分析 281

10.5.1 张力对轧制力的影响 282

10.5.2 张力对芯棒轴向摩擦力的影响 283

10.5.3 张力对金属延伸率的影响 284

第11章 张力减径工艺的有限元模拟 286

11.1 微张力减径工艺的有限元模拟 286

11.1.1 微张力减径有限元模型建立 286

11.1.2 微张力减径的有限元结果分析 290

11.2 张力减径的有限元模拟 295

11.2.1 模型的的建立 295

11.2.2 模拟结果分析 298

参考文献 304