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厚壁鋼管壓力矯直的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

本章的主要內(nèi)容是針對(duì)厚壁鋼管的壓力矯直的實(shí)驗(yàn)研究。

在第三章和第四章分別對(duì)厚壁鋼管的壓力矯直參數(shù)進(jìn)行了理論分析，并且進(jìn)行了相關(guān)的有限元模擬，給出了計(jì)算壓力矯直鋼管行程和壓力矯直厚壁鋼管的中間截面的扁化的表達(dá)式。

為了驗(yàn)證厚壁鋼管的壓力矯直的理論分析及其有限元分析的正確性和準(zhǔn)確性，本文進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。

通過理論計(jì)算、有限元模擬、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，并且分析計(jì)算精度及誤差產(chǎn)生的原因，這將有助于對(duì)建立的理論模型研究的進(jìn)一步完善。

本文展開壓力矯直厚壁鋼管實(shí)驗(yàn)研究的主要目的有：

1)通過對(duì)厚壁鋼管壓力矯直實(shí)驗(yàn)的研究，可以驗(yàn)證公式推導(dǎo)正確性，驗(yàn)證有限元模擬仿真結(jié)果的精確度。

2)對(duì)厚壁鋼管的壓力矯直的理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以及對(duì)有限元仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析誤差，并且查找誤差產(chǎn)生的原因，對(duì)厚壁鋼管的壓力矯直理論進(jìn)行必要的完善，確定有限元仿真的參考價(jià)值，為以后仿真模擬計(jì)算提供指導(dǎo)，為厚壁鋼管的壓力矯直實(shí)踐生產(chǎn)提供指導(dǎo)，增加其計(jì)算精度和實(shí)用性，以便以后對(duì)不同類型的管材的矯直參數(shù)進(jìn)行研究。

3)針對(duì)不同規(guī)格的厚壁鋼管在不同的條件和情況下進(jìn)行壓力矯直實(shí)驗(yàn)對(duì)比并分析，分析影響矯直的因素。

實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)厚壁鋼管壓力矯直的實(shí)際情況，可以確定厚壁鋼管壓力矯直過程的實(shí)驗(yàn)方法為：厚壁鋼管由兩個(gè)支座支撐，厚壁鋼管的壓點(diǎn)上方設(shè)置了壓頭，壓頭由液壓系統(tǒng)以小于2/mm s緩慢施壓。

如圖6-1所示，壓力傳感器安置在壓頭上，并對(duì)矯直載荷進(jìn)行測(cè)量，位移傳感器安置在壓點(diǎn)的下方，并對(duì)矯直行程進(jìn)行測(cè)量。

壓力矯直的過程包括矯直加載和矯直卸載兩個(gè)過程，通過位移傳感器和壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量并且記錄，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。為了能在整個(gè)長度方向上對(duì)撓度進(jìn)行測(cè)量，再在壓點(diǎn)兩側(cè)安置2個(gè)位移傳感器。

單弧度彎曲厚壁鋼管的壓力矯直實(shí)驗(yàn)主要是對(duì)具體的一種規(guī)格的鋼管，確定合適的支點(diǎn)距離、壓點(diǎn)位置，并且觀察變形情況，記錄測(cè)試的結(jié)果，研究理論模型的正確性，驗(yàn)證文章中的理論結(jié)論。

壓力矯直實(shí)驗(yàn)所需采集和測(cè)量的數(shù)據(jù)有：1)支點(diǎn)距的確定；2)初始撓度；3)矯直力的測(cè)量；4)矯直行程的測(cè)量；5)殘余撓度的測(cè)量；6)表面光滑度以及平直度的測(cè)量。

厚壁鋼管的壓力矯直實(shí)驗(yàn)研究

實(shí)驗(yàn)臺(tái)及實(shí)驗(yàn)方案

由上述的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)方法，以上海某廠的厚壁鋼管矯直機(jī)如圖6-2為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，提取現(xiàn)場(chǎng)操作的數(shù)據(jù)，與建立的厚壁鋼管壓力矯直時(shí)的載荷-撓度模型與壓扁模型進(jìn)行對(duì)比。

整個(gè)壓力矯直實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成部分：液壓系統(tǒng)、檢測(cè)控制部分、矯直實(shí)驗(yàn)臺(tái)，具體介紹如下：

1)液壓系統(tǒng)：壓力矯直機(jī)的加載和卸載過程都是由液壓系統(tǒng)來完的。壓力矯直機(jī)是液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式，其中和機(jī)械加載方式相比，液壓系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)是：加載的載荷大、傳動(dòng)平穩(wěn)、啟動(dòng)快速并且容易控制等。

2)檢測(cè)控制部分：壓力傳感器、位移傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、及記錄裝置構(gòu)成了檢測(cè)部分，主控計(jì)算機(jī)是主要控制部分，可以實(shí)時(shí)顯示并且記錄。

3)壓力矯直實(shí)驗(yàn)臺(tái)：在普通壓力機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，改裝為壓力矯直實(shí)驗(yàn)臺(tái)，壓力矯直實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由壓頭、工作臺(tái)、支座、液壓缸及門梁組成，其中支座間的距離是在矯直前需要調(diào)整好的，具體參數(shù)如表6-1所示。

主要的實(shí)驗(yàn)器材有：壓力矯直機(jī)、位移傳感器、壓力傳感器、鋼管。

厚壁鋼管壓力矯直的實(shí)驗(yàn)包括以下內(nèi)容：

1)載荷和行程控制的矯直研究；

2)壁鋼管扁化的研究。

技術(shù)方案

通過壓力矯直機(jī)做以下實(shí)驗(yàn)：

1)第一組壓力矯直實(shí)驗(yàn)：所選的鋼管厚徑比為0.2，外徑為100mm，在不同的矯直行程和矯直力下的矯直實(shí)驗(yàn)；

2)第二組壓力矯直實(shí)驗(yàn)：所選的鋼管厚徑比為0.2和0.25，外徑為200mm，在不同的矯直力下的矯直實(shí)驗(yàn)；

運(yùn)用兩組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證理論推導(dǎo)公式和有限元法的正確性。其中實(shí)驗(yàn)所用到的厚壁鋼管的尺寸和材料分別見表6-2和表6-3：

本節(jié)闡述厚壁鋼管壓力矯直實(shí)驗(yàn)的研究過程、方法。

對(duì)厚壁鋼管在不同載荷和矯直行程的情況下進(jìn)行矯直實(shí)驗(yàn)，比較厚壁鋼管壓力矯直實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果，并且比較厚壁鋼管壓力矯直實(shí)驗(yàn)結(jié)果和有限元仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。

壓力矯直厚壁鋼管的實(shí)驗(yàn)研究

厚壁鋼管壓力矯直實(shí)驗(yàn)中采集到的載荷-撓度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6-4和圖6-3所示，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。

厚壁鋼管壓力矯直實(shí)驗(yàn)中采集到的扁化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6-5、表6-6、圖6-4和圖6-5所示，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算。

根據(jù)圖6-3、表6-4可以看出：

1)理論公式計(jì)算的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，整體趨勢(shì)一致，誤差較小，誤差最大值為2.9%，說明所建立的理論模型具有較高的精度。

2)有限元模擬的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，整體趨勢(shì)是一致的，誤差較小，誤差最大值為4%，說明，應(yīng)用有限元的方法進(jìn)行分析壓力矯直厚壁鋼管的問題，是可行的。但是有限元對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求，以及需要較長的計(jì)算時(shí)間。

根據(jù)圖6-4、圖6-5、表6-5和表6-6可以看出：

1)理論公式計(jì)算的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，整體趨勢(shì)一致，誤差最大值為22%，證明所建立的理論模型的正確。

2)有限元模擬的數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，誤差較大，誤差最大值為35%，但是整體趨勢(shì)是一致的。誤差產(chǎn)生的原因主要是由于在建模時(shí)對(duì)材料模型的簡(jiǎn)化和摩擦系數(shù)的選取不精準(zhǔn)，若選取更加準(zhǔn)確的材料模型和符合實(shí)際工況的摩擦系數(shù)，將會(huì)減少誤差。

厚壁鋼管壓力矯直行程與扁化率計(jì)算軟件的開發(fā)

厚壁鋼管壓力矯直機(jī)行程計(jì)算系統(tǒng)

本文使用Visual Basic 6.0(簡(jiǎn)稱VB)作為厚壁鋼管的壓力矯直參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件的開發(fā)環(huán)境，使設(shè)計(jì)過程便利并且美觀，減輕工程設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作壓力。Microsoft公司推出的Visual Basic 6.0，是開發(fā)應(yīng)用軟件的重要工具，也是當(dāng)今非常優(yōu)秀的可視化程序設(shè)計(jì)語言。針對(duì)壓力矯直工藝計(jì)算較復(fù)雜，計(jì)算量較大，公式繁多等問題，選用MATLAB程序設(shè)計(jì)中的M文件的編程方式進(jìn)行編寫。然后通過VB調(diào)用MATLAB程序設(shè)計(jì)中的M文件，進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果返回給VB。

厚壁鋼管壓力矯直機(jī)行程計(jì)算系統(tǒng)的界面如圖6-6。

操作過程為：

1)輸入已知的鋼管參數(shù)：厚壁鋼管的外徑D，厚徑比，壓力矯直支點(diǎn)距L，材料的彈性模量E，初始彎曲撓度δ，鋼管的屈服應(yīng)力sσ。

2)調(diào)用MATLAB編寫的程序求解載荷-撓度模型。

3)根據(jù)初始彎曲撓度δ和載荷-撓度模型求解矯直行程。

利用厚壁鋼管壓力矯直機(jī)行程計(jì)算系統(tǒng)可以計(jì)算矯直行程，為厚壁鋼管壓力矯直機(jī)的開發(fā)提供參考。

厚壁鋼管壓力矯直機(jī)鋼管扁化率系統(tǒng)

厚壁鋼管壓力矯直機(jī)鋼管扁化率計(jì)算系統(tǒng)的界面如圖6-7。

1)輸入已知的鋼管參數(shù)：厚壁鋼管的外徑D，厚經(jīng)比，壓力矯直支點(diǎn)距L，材料的彈性模量E，矯直力F，鋼管的屈服應(yīng)力sσ。

2)調(diào)用MATLAB編寫的程序求解扁化率。

利用厚壁鋼管壓力矯直機(jī)鋼管扁化率計(jì)算系統(tǒng)可以計(jì)算鋼管扁化率，為厚壁鋼管壓力矯直機(jī)的工藝計(jì)算提供參考。

本章首先明確了實(shí)驗(yàn)的目的及方法，介紹了實(shí)驗(yàn)使用的壓力矯直機(jī)，對(duì)厚壁鋼管的載荷-撓度的模型和截面扁化模型進(jìn)行了驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，建立的模型精度較高，最后使用編程語言VB編寫了相關(guān)軟件，為計(jì)算壓力矯直厚壁鋼管的矯直參數(shù)提供便利。