[發明專利]一種大口徑熱擠壓成型三通的建模方法及裝置

有效

• 申請號: 201410472090.4
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104217084B
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 齊麗華;劉迎來;池強;楊放;張繼明;熊慶人;張偉衛;李炎華
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣集團公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F16L41/02
• 代理公司: 北京華沛德權律師事務所11302
• 代理人: 劉杰

技術領域

本發明屬于大口徑熱擠壓成型三通壁厚的計算機模擬與爆破壓力評估預測研究領域，特別涉及一種大口徑熱擠壓成型三通的建模方法及裝置。

背景技術

長輸油氣管道工程建設中，為了滿足分輸、變向、計量等需要，站場、閥室及壓氣站等現場施工常常需要大量的彎頭、三通等大口徑管件產品。對于熱擠壓成型三通管件，由于其支管與主管根部獨特的圓弧過渡結構，使得三通的結構強度強烈地依賴于支管與主管根部曲率半徑R和肩部壁厚t等尺寸。ANSI B16.9管道規范提出了一系列管道元件的尺寸要求。對于三通主要包括主管長度和支管位于主管中線以上的高度，以及外徑及端部的壁厚和焊接坡口的尺寸，但對于主、支管過渡處的尺寸和整體形狀沒有要求。我國石化行業的有關規范也基本沿用了以上規定。實際上，不同廠家、不同生產工藝以及按不同的模具生產的同規格熱擠壓成型三通各部位幾何尺寸并不完全相同，尤其是壁厚和主支管過渡處的曲率半徑，而這兩個參數對管件的強度均有較大影響。所以在實體模型建立的過程中，首先分析實際熱擠壓成型三通的幾何尺寸，特別是各部位厚度及相貫區曲率半徑，尋找其變化規律，建立與實際熱擠壓成型三通誤差在可控范圍內的有限元分析模型。

現有的文獻資料表明還沒有關于材質為X80，規格為Φ1219mm×1219mm×1219mm和Φ1219mm×1219mm×900mm三通方面用計算機模擬其爆破壓力的實例，更沒有關于計算機模擬爆破壓力的結果與實際爆破壓力相比較方面的研究。僅有按Mises屈服判據計算的理論初始屈服壓力和全屈服壓力及按第一、三、四強度理論和中徑公式、福貝爾公式等計算以Φ356mm×55mm焊接高壓等徑三通爆破壓力的結果與實際爆破壓力結果相比較。該種等徑三通為焊接高壓三通而非大口徑厚壁熱擠壓三通，其三通的各個壁厚尺寸較均勻，可以很好的預測。但得到的實際結果與理論計算值仍有很大的差別。且單個爆破試驗數據不具有代表性。

關于熱擠壓成型的大口徑三通，現有計算機模擬方法均將三通的主管和支管的壁厚看作是在整個周向厚度均勻，且主管與支管連接的肩部為兩個管壁厚的光滑過渡，在整個周向上均勻等厚。這種假設本身就大大偏離了熱擠壓成型工藝三通的實際尺寸情況，因此在此基礎上的計算更與實際情況偏差較大。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種大口徑熱擠壓成型三通的建模方法，用于實現大口徑熱擠壓成型三通的準確軟件建模。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種大口徑熱擠壓成型三通的建模方法，包括：

簡化熱擠壓成型三通主管和支管的幾何尺寸、主管和支管厚度、主管短節和支管短節幾何尺寸、肩部倒角的厚度及主管短節封頭和支管短節封頭的厚度；建立三通倒角尺寸和各斷面厚度變化的模型；進行熱擠壓成型三通的建模。

本發明還提供了一種大口徑熱擠壓成型三通的建模裝置，包括：

簡化單元，用于簡化熱擠壓成型三通主管和支管的幾何尺寸、主管和支管厚度、主管短節和支管短節幾何尺寸、肩部倒角的厚度、主管短節封頭和支管短節封頭的厚度；

模型初建單元，用于建立三通倒角尺寸和各斷面厚度變化的模型；

三通建模單元，用于進行熱擠壓成型三通的建模。

本發明提供的一種適用于研究大口徑熱擠壓成型三通壁厚的計算機建模方法，根據熱擠壓三通的成型工藝特點，在實際測量熱擠壓成型三通壁厚變化規律的基礎上，通過上述的計算機建模簡化前提得到的各個角度截面的斷面的CAD圖，并分析得出熱擠壓成型三通的壁厚分布變化特點。根據三通管徑壁厚的變化規律建立熱擠壓成型的三通模型，巧妙地化解了每一個熱擠壓成型三通的壁厚尺寸均不同的復雜性，及熱擠壓成型三通各部分壁厚不同的特點，建立大口徑熱擠壓成型三通的壁厚關鍵尺寸數據庫。并模擬熱擠壓成型三通在承受內壓過程中的受力情況，進行三通爆破壓力評估與預測分析，并建立了三通管件的計算爆破壓力值數據庫。有效解決了因熱擠壓成型三通壁厚尺寸的復雜分布而不利于準確地進行計算機模擬預測爆破壓力和相應地工程計算的缺點，為管道工程設計人員提供了一種便捷可行的設計計算方法。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的大口徑熱擠壓成型三通的建模方法流程圖；

圖2為本發明實施例中熱擠壓成型三通的截面示意圖；

圖3為本發明實施例中根據相應三通壁厚生成的0°、30°、45°、60°和90°斷面示意圖；

圖4為本發明實施例中進行熱擠壓成型三通的SolidWorks2010軟件建模方法流程圖；

圖5為本發明實施例中熱擠壓成型三通的模型控制斷面示意圖；