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AP1000核电主管道弯曲工艺研究

作　者: 刘磊
导　师: 郭宝峰
学　校: 燕山大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 主管道压弯数值模拟偏心管坯
分类号: TG386.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

核电站主管道是连接反应堆内部的压力容器和一级核岛中蒸汽发生器的大型厚壁管道，是核电蒸汽供应系统输出反应堆热能的“大动脉”，是核电站的核一级关键零件之一。APl000第三代核电技术的主管道要求采用整体成形方法制造，接管嘴要求与主管一体成形。管件的弯曲工艺存在较大困难，国外也无现成的制造技术，而是与我国在同期进行研制。因此，研究和掌握核电主管道整体弯曲成形技术、实现国产化是亟待解决的问题。本文针对主管道常温压弯工艺，采用直管管坯，通过是理论推导、数值模拟和1:10直管管坯弯曲实验等研究，分析了压下量、上模曲率半径、摩擦系数、偏心管坯对主管道成形质量的影响，得到了上述影响因素的设计指导值。本文中主管道采用压弯工艺弯曲成形，根据局部塑形变形机理，对凹模临界间距进行理论推导；基于压弯成形中管件几何位置的变化，推导上模压下量的计算公式。在此基础上，对直管管坯的弯曲成形进行了数值模拟分析，得到管件的应力应变状态、成形质量的达标情况及质量不达标的原因。本文通过对直管管坯成形的数值模拟，研究了不同工艺参数及管坯设计对管件成形质量的影响规律。经过分析：弯曲半径和弯曲角度随着摩擦系数的增加分别呈现为增大和减小的趋势。得到了上模曲率半径和上模压下量的回弹补偿量；同时确定了偏心管坯的各项设计参数。本文按照1:10的尺寸比例设计制备了弯曲实验模具、直管和偏心管坯，并进行了直管管坯和偏心管坯两次弯曲实验。实验结果表明：压下量、上模曲率半径和管坯的设计对管件成形质量的影响规律与计算结果基本吻合；偏心管坯弯制的管件能够达标。通过分析给出了工艺参数和偏心管坯设计参数的参考值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 AP1000 核电主管道弯曲成形技术难点分析  11-12
  1.3 管材弯曲成形技术简介  12-15
    1.3.1 管材弯曲需要解决的工艺问题  12-13
    1.3.2 管材弯曲工艺分类  13-15
  1.4 管材弯曲成形的缺陷  15
  1.5 国内外研究现状  15-18
    1.5.1 管材弯曲成形的发展现状  15-17
    1.5.2 AP1000 核电主管道弯曲成形的发展现状  17-18
  1.6 本课题的研究内容  18-19
第2章主管道冷弯工艺分析  19-30
  2.1 引言  19
  2.2 主管道弯曲工艺  19-23
    2.2.1 凹模间距  20-22
    2.2.2 上模行程的几何算法  22-23
  2.3 主管道弯曲工艺模拟  23-29
    2.3.1 主管道弯曲模型建立  24-25
    2.3.2 模拟结果及分析  25-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章主管道冷弯成形质量研究  30-44
  3.1 引言  30
  3.2 弯曲半径成形的影响因素分析  30-33
    3.2.1 摩擦系数  30-31
    3.2.2 上模曲率半径  31-33
  3.3 弯曲角度成形的影响因素分析  33-35
    3.3.1 摩擦系数  33-34
    3.3.2 压下量  34-35
  3.4 主管道壁厚成形规律  35-39
    3.4.1 摩擦系数  35-37
    3.4.2 偏心管坯  37-39
  3.5 管坯过渡段壁厚成形质量分析  39-42
    3.5.1 弯曲段到直臂段过渡区域模拟结果分析  39
    3.5.2 过渡锥度对过渡段壁厚成形质量的影响  39-41
    3.5.3 偏心区域长度对过渡段壁厚成形质量的影响  41-42
  3.6 本章小结  42-44
第4章核电主管道弯曲成形实验研究  44-57
  4.1 引言  44
  4.2 实验上模和管坯的设计  44-45
    4.2.1 上模设计  44
    4.2.2 管坯设计  44-45
  4.3 弯曲实验的建立  45-48
    4.3.1 实验设备  45-46
    4.3.2 实验模具  46
    4.3.3 测试装置及其标定  46-48
    4.3.4 实验方案  48
  4.4 弯曲实验及实验结果  48-51
    4.4.1 弯曲实验  48-49
    4.4.2 直管管坯和偏心管坯实验结果  49-51
  4.5 实验结果对比及分析  51-56
    4.5.1 弯曲成形力的分析  51
    4.5.2 弯曲角度和弯曲半径成形质量的分析  51-52
    4.5.3 管件椭圆度的对比分析  52-54
    4.5.4 弯曲部分壁厚分布分析  54-56
    4.5.5 偏心管坯直臂段壁厚质量分析  56
  4.6 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  61-62
致谢  62-63
作者简介  63

AP1000核电主管道弯曲工艺研究

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