探索高压化肥管复杂的几 何、材料和接触边界等多重非线性的变形过程与规律，不仅是现代轧机设计的核心，也是具有实际意义的课题。本文首先综述了国内外有关辊弯制管技术开发和研究、成型理论、成型过程计 算机模拟和可视化技术的进展。进一步完善了基于修正拉格朗日法的弹塑性大变形样 条有限条方法，修正了相应的计算列式；建立了具有“流动”特性的全程模拟模型，体现了冷弯成型从带材咬入、轧辊作用下变形到出口成型的过程，首次实现了辊弯 成型全流程的数值模拟；与原有分段组合模型进行了对比并定性分析了误差，石油裂化专用管与相关 文献提供的实验结果进行了对比，得到良好的吻合；针对影响辊弯制管成型的不同 参数，进行了系统研究与一般规律的探讨，其模拟结果对实际生产和现代化孔型设计 具有指导意义。本文将面向对象的程序设计方法引入大型数值模拟计算，以类的形式封装了计 算部分，大大提高了程序的模块化程度，易于程序的增删和维护；VC++环境下，开发了良好的用户界面，引入了跨平台移植的OpenGL图形库，实现了计算过程的显 示与跟踪，以曲面、曲线形式显示和分析模拟结果；为了保证程序的稳定性和适用广 泛，化肥专用管实现了无缝拼接”和动态对象、数组的申请等方法，对图形曲线进行了颜色、反走样、融合与消隐等处理。总之，本文通过理论分析和与文献结果对比，证明了流动模型与基于修正拉格 朗日法的弹塑性大变形样条有限条方法的有效性和可靠性，结合可视化技术，不仅方 便辊弯制管系统工具设计，而且降低了试制成本和设计风险，为现代化设计提供了科 学分析的理论依据。

       合理设计顶头材质—抗磨耐热球高压化肥管的化学成分 ,抗磨耐热高压化肥管的化学成分 针对热轧高压化肥管均整机顶头的工况条件和失效形式 .并通过试验研究该材质的抗氧化性能 ,热疲劳性能和抗磨热性能 ;试验结果表明 ,抗磨耐热球墨铸铁在800℃氧化增重速度为 2.410gm2h,不足 45钢的1/2;该材质顶头的抗磨耐热性能优良 ,顶头寿命达到45钢的4倍。穿孔顶头是高压化肥管生产中消耗量 的关键工具之一高压化肥管的质量好坏,使用寿命的高低,对高压化肥管的质量、生产效率有很大的影响。因此,为了延长顶头的使用寿命,减少不必要的损耗,对顶头进行表面改性,从而提高其表面硬度、耐磨性及抗氧化性。等离子喷涂技术,可以有机的将基体与表面涂层的特点结合起来,发挥两类材料的综合优势,获得理想的复合材料结构。
       因此本论文采用高压化肥管金属陶瓷颗粒作为穿孔顶头的喷涂材料,对喷涂后的顶头进行温度场及应力场的数值模拟。应用ANSYS有限元分析软件对穿孔顶头等离子喷涂及冷却过程进行数值模拟。高压化肥管建立计算模型时,采用沿喷涂方向小逐段前进,厚度方向小逐层叠加来模拟真实的喷涂及沉积过程,得到涂层连续移动的基体和涂层的温度场分布及热应力分布。同时,为了进一步得到优质的复合涂层,计算过程中通过改变基体温度,更换涂层材料,分析比较不同情况下顶头的温度场和应力场分布。结果表明WC作为铝管涂层材料,基体温度为室温30℃时,随着喷涂的进行,热影响区域逐渐增大,模型的不同区域由于热积累喷涂后表面 温度增加。高压化肥管喷涂过程中,喷涂处涂层附近产生较大热应力,喷涂结束,应力逐渐减小。高压化肥管顶头经800冷却至室温时,顶头涂层和涂层周围产生残余应力, 残余应力出现在鼻部与径带连结处的涂层附近。对基体预热至200℃后进行喷涂,喷涂过程中涂层温度明显升高,热应力减小,顶头经1800冷却至室温,残余应力大大减小。Al2O3作为涂层材料,基体温度为室温时,所得温度场及应力场结果与WC作为涂层材料时基本相同。对6016铝合金进行单向拉伸试验,分析不同应变速率对高压化肥管力学性能的影响,建立了6016铝合金Johnson-Cook本构模型及其断裂应变模型,并对铝合金薄壁方管轴向冲击载荷下的吸能特性进行分析,研究铝合金方管的壁厚、长度和冲击速度对其吸能特性的综合影响。结果表明,高压化肥管铝合金流动应力对应变率敏感性较低,但断裂应变对应变率具有一定的敏感性。高压化肥管在轴向冲击载荷下,铝合金薄壁方管出现渐进屈曲变形,具有较好的吸能特性。但随着厚度、长度和冲击速度的增加,铝合金方管容易出现混合变形模式,吸能特性有所降低。