Skip to main content
SUPERVISOR
MohammadReza Forouzan,Mahmoud Farzin
محمدرضا فروزان (استاد راهنما) محمود فرزین (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mahdi Bonyadi
مهدی بنیادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Simulation of Geometrical Imperfections Due to Cold Field Bending of Large Diameter Pipes
During the operations of the establishment of water or oil conveying pipes, the topography of the course necessitates that some percentage of the pipes need to be bent. During the bending, some defects such as ovality, wall thinning, wall flattening and wrinkling are made, and these defects limit the bending angle. To prevent the occurrence of such defects, the manufacturers of cold bending machines suggest the use of a mandrel which is settled inside the pipe in the bending zone, and it reduces the formation of geometrical imperfections to an acceptable extent. In Iran, installer companies refrain from using mandrel in bending of large diameter pipes. The absence of mandrel is more apparent in bending of spiral pipes, and the geometrical defects caused in them are more prominent. The main goal of this dissertation is the simulation of the cold bending process of large diameter straight and spiral pipes with the purpose of the prediction of geometrical imperfections in these pipes.In this research, the cold bending of straight and spirally welded pipes has been modeled in the ANSYS Software. The pipes used in this research have been of the Type X65 steel and in order to consider the Baushinger Effect, kinematic hardening model has been used. In the finite element simulation of pipe bending, the effect of parameters such as curve radius and Die length, pipe material, weld stiffness, diameter of the pipe and also anisotropy on geometrical defects has been studied. In addition, with the suggestion of a model for a mandrel simulation, the extent of producing an effect on geometrical defects has been explained. In the model suggested, the mandrel has been modeled with spring elements and its elastic modulus has been calculated in the way that its hardness be equivalent to that of the mandrel’s. Also, in this dissertation, process of spiral pipe manufacturing has been modeled and the residual stresses have been calculated.The results of this research show that increasing the bending radius causes an improvement in the quality of the bend. Besides, the consideration of the welding stiffness in the bending simulation of straight seam pipes causes a reduction in the ovality and wall thinning, but increasing the weld stiffness in spiral pipes contrary to straight seam pipes increase the ovality and intensifies geometrical imperfections in these pipes. Simulations show that sheet anisotropy pipe does not have a prominent effect on the extent of defects, while applying anisotropy on a spiral pipe has disturbed the symmetry of the residual stresses in the pipe wall. Using a mandrel inside the pipe has severely reduced the extent of ovality. By using a mandrel, wrinkling and flattening have been completely removed. Keywords: Spiral Pipe, Straight Seam Pipe, Residual Stress,Cold Bending,Mandrel, Geometrical Imperfection, Weld Stiffness, Plastic Anisotropy
حین عملیات احداث خطوط لوله قطور انتقال نفت،گاز یا آب ، توپوگرافی مسیر ایجاب می‌نماید که درصدی از لوله‌ها نیاز به خمکاری داشته باشند. این خمکاری عمدتاً در محل نصب خطوط لوله و توسط ماشین‌آلات مخصوصی تحت عنوان ماشین خمکاری و به روش سرد و بر مبنای روش خمکاری سه‌غلتکی انجام می‌شود. حین خمکاری لوله‌های قطور عیوبی مانند بیضی شدگی مقطع، کاهش ضخامت جداره زیرین لوله، صاف‌شدگی پشت خم وچروکیدگی ایجاد می‌شوند که میزان زاویه خمکاری را محدود می‌‌کنند. سازندگان ماشین خمکاری سرد برای پیشگیری از وقوع چنین عیوبی استفاده از مندرل را پیشنهاد می‌دهند که درون لوله و در ناحیه خم قرار می‌گیرد و با مهار جداره لوله شکل‌گیری عیوب هندسی را تا حد قابل قبولی کاهش می‌دهد. در ایران شرکت های نصاب از بکارگیری مندرل برای خمکاری لوله های قطور امتناع می‌ورزند. عدم استفاده از مندرل در خمکاری لوله های اسپیرال نمود بیشتری دارد و عیوب هندسی رخ داده در آن چشمگیرتر است. بنابراین شرکت های نصاب لوله در ایران لوله های درزجوش مستقیم را برای خمکاری انتخاب می‌کنند و البته میزان خمکاری را برای پیشگیری از رخ دادن عیوب هندسی کاهش می‌دهند.هدف اصلی در این پایان‌نامه شبیه‌سازی فرآیند خمکاری سرد لوله‌های قطور درزجوش مستقیم و اسپیرال به منظور پیش بینی وقوع عیوب هندسی در این لوله‌ها است.در این پژوهش خمکاری لوله های درزجوش مستقیم و اسپیرال به طول 12 متر، قطر 48 اینچ و ضخامت 6/20 میلیمتردر نرم افزار اجزاء محدود انسیس مدل شده است. لوله های مورد استفاده در این پژوهش از جنس فولاد X65 بوده و برای در نظر گرفتن اثر باشینچر از مدل کارسختی سینماتیک استفاده شده است. با مدلسازی اجزاء محدود خمکاری لوله، اثر پارامتر هایی همچون شعاع انحنا و طول Die ، تفاوت جنس لوله ، سختی جوش، تفاوت ضخامت و قطر لوله و همچنین ناهمسانگردی بر عیوب هندسی بحث و بررسی شده است. همچنین با پیشنهاد مدلی برای شبیه‌سازی مندرل، میزان اثرگذاری آن بر عیوب هندسی تشریح گردیده است. در مدل پیشنهادی، مندرل با المان‌های میله مدل شده است و مدول کشسانی آن به گونه‌ای محاسبه شده‌ که سختی‌ آن معادل سختی مندرل باشد. همچنین در این پایان‌نامه با مدلسازی فرآیند شکل‌دهی ورق برای تولید لوله اسپیرال، تنش‌های پسماند شکل‌دهی در جداره لوله محاسبه شده است.نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که افزایش شعاع خمکاری موجب بهبود کیفیت خم می شود. همچنین در نظر گرفتن سختی جوش در شبیه‌سازی خمکاری لوله‌های درز جوش مستقیم، موجب کاهش بیضی شدگی و نازک شدگی جداره لوله می‌شود. اما افزایش سختی جوش در لوله های اسپیرال برعکس لوله درزجوش مستقیم بیضی‌شدگی مقطع را افزایش داده و عیوب هندسی را در این لوله ها تشدید می‌کند. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد اعمال ناهمسانگردی ورق بر روی لوله درزجوش مستقیم و اسپیرال تاثیر چشمگیری بر میزان بیضی‌شدگی مقطع نداشته، در حالیکه اعمال ناهمسانگردی بر روی لوله اسپیرال تقارن تنش‌های پسماند طولی در جداره لوله را بر هم زده است. بکارگیری مندرل درون لوله میزان بیضی‌شدگی مقطع را به شدت کاهش داده است، به طوریکه می‌توان از آن صرف نظر نمود. عیوب چروکیدگی و صاف شدگی با بکار گیری مندرل به کلی حذف شده‌ و یک خم بدون عیب شکل گرفته است. واژه‌های کلیدی : لوله اسپیرال، لوله درزجوش مستقیم، تنش پسماند، خمکاری سرد لوله های قطور، مندرل، عیوب هندسی، سختی جوش، ناهمسانگردی پلاستیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی