管線鋼畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

1、<p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　管道運(yùn)輸對于促進(jìn)石油天然氣行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。而發(fā)展具有高強(qiáng)度、較高耐蝕性、良好焊接性的管線鋼是管道運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)。近年油氣勘探越來越深入到環(huán)境氣候惡劣的沙漠及海洋地區(qū)，對管線鋼的性能提出了更高的要求，并因此開發(fā)了一系列具有抗大應(yīng)變性能的高等級管線鋼。</p><p>　　然而伴隨著管線鋼的大量應(yīng)用，

2、應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）問題日益凸顯，每年給石油天然氣行業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失。導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂的最主要因素是材料表面殘余拉應(yīng)力，而超聲波表面滾壓加工（USRP）作為國內(nèi)新興技術(shù)能夠極大程度的消除表面殘余拉應(yīng)力，并在材料表面引入殘余壓應(yīng)力層。因此針對超聲表面滾壓加工（USRP）對于管線鋼殘余應(yīng)力影響的研究就十分必要。</p><p>　　實(shí)際超聲表面滾壓加工設(shè)備費(fèi)用較高，測試殘余應(yīng)力方法和步驟也較為繁雜，而通過有限元數(shù)

3、值模擬分析研究殘余應(yīng)力被證明是行之有效的方法，因此采用商業(yè)軟件ABAQUS進(jìn)一步對USRP過程進(jìn)行有限元數(shù)值模擬是一種更為實(shí)用有效的辦法。</p><p><b>　　管線鋼的發(fā)展情況</b></p><p><b>　　管線鋼發(fā)展趨勢</b></p><p>　　二十一世紀(jì)石油天然氣工業(yè)飛速發(fā)展，管線鋼的需求量急劇增加，

4、預(yù)計(jì)未來10到15年，我國共需各類油氣輸送干線用鋼管約1000×104t[3]。隨著海上油氣田、極地油氣田等腐蝕環(huán)境油氣田的開發(fā)，對管線鋼的強(qiáng)疲勞性能、韌性、耐蝕性能、抗斷裂性能、焊接性能和強(qiáng)度等性能提出了更高的要求。管線鋼的發(fā)展在國際上正引起越來越多的重視。</p><p>　　隨著鋼鐵冶金技術(shù)的進(jìn)步，微合金成分設(shè)計(jì)、純凈鋼冶煉技術(shù)以及TM-CP軋制技術(shù)使得高性能管線鋼的快速發(fā)展成為可能[2]。如今管

5、線鋼的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)流程均采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。其發(fā)展方向主要有高強(qiáng)度、高韌性管線鋼、超純凈管線鋼、易焊管線鋼和高抗蝕管線鋼[1]。</p><p>　　高強(qiáng)度、高韌性管線鋼</p><p>　　主要包括針狀鐵素體鋼、超低碳貝氏體鋼和超細(xì)晶粒鋼。針狀鐵素體鋼出現(xiàn)于70年代，含碳量低于0.06%，主要成分為C-Mn-Nb-Mo，其組織為針狀鐵素體，具有較高的屈服強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展性能。超低碳

6、貝氏體鋼主要成分為C-Mn-Nb-Mo-B-Ti，組織為完全貝氏體，具有優(yōu)良的低溫韌性和焊接性，屈服強(qiáng)度可達(dá)700~800MPa。超細(xì)晶粒鋼的有效晶粒尺寸為1~3μm，具有較強(qiáng)的強(qiáng)韌性。</p><p><b>　　超純凈管線鋼</b></p><p>　　超純凈管線鋼含有較少的非金屬夾雜物，S、P等雜質(zhì)含量遠(yuǎn)低于其他鋼種，避免了層狀撕裂、氫致開裂、熱裂紋等缺陷的產(chǎn)生

7、。</p><p><b>　　3 易焊管線鋼</b></p><p>　　易焊管線鋼具有優(yōu)良的焊接性，可分為焊接無裂紋鋼和焊接高熱輸入鋼。其中焊接無裂紋鋼的碳含量約為0.1%，甚至達(dá)到0.01%。較低的含碳量降低了淬硬性，從而抑制了冷裂紋的產(chǎn)生。</p><p>　　4 高抗蝕管線鋼</p><p>　　高抗蝕

8、管線鋼具有較強(qiáng)的抗應(yīng)力腐蝕和抗氫致裂紋的能力</p><p>　　高等級管線鋼發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　為降低管線工程的建設(shè)成本，滿足特殊環(huán)境下管線運(yùn)輸?shù)囊?，各國開始針對高等級管線鋼進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。TMCP、HTP、HOP等技術(shù)的進(jìn)步推動了高等級管線鋼的發(fā)展。目前的高等級管線鋼種類主要包括超高強(qiáng)度管線鋼、抗大應(yīng)變管線鋼、抗H2S管線鋼和海底管線用鋼[2]。</p><

9、;p><b>　　超高強(qiáng)度管線鋼</b></p><p>　　目前的超高強(qiáng)度鋼主要包括X100和X120鋼。通過提高鋼的強(qiáng)度可以顯著降低鋼管的壁厚，從而降低運(yùn)輸費(fèi)用，極大節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。X100鋼的成分特點(diǎn)為低碳、高錳，同時含有一定量的鈮，具有較高的強(qiáng)度、韌性和良好的焊接性。X120管線鋼的成分在低碳的同時還加入了硼，采用TMCP鋼，通過IDQ（軋制后淬火）獲得，具有高強(qiáng)度的同時還具有高

10、韌性。</p><p><b>　　抗大應(yīng)變管線鋼</b></p><p>　　在一些地震多發(fā)和高寒地區(qū)，管線鋼極易發(fā)生塑性變形?；诖藛栴}，提出了新的設(shè)計(jì)管線鋼概念“應(yīng)變設(shè)計(jì)法”。對管線鋼的縱向性能提出了更高的要求。APIX65~X100抗應(yīng)變管線鋼采用了HOP（在線熱處理工藝）技術(shù)代替了傳統(tǒng)TMCP技術(shù)，其顯微組織是鐵素體和貝氏體雙相顯微組織，該組織具有較低的屈強(qiáng)

11、比，從而提高了應(yīng)變硬化性能。</p><p><b>　　抗H2S管線鋼</b></p><p>　　在酸性環(huán)境中管線鋼容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）、內(nèi)部氫致裂紋（HIC）等破壞?？笻2S 管線鋼具有較高的純凈度，夾雜物含量低，其顯微組織為鐵素體和貝氏體，因此具有較好的抗HIC性能和高韌性。</p><p>　　4 海底管線用鋼<

12、/p><p>　　海洋環(huán)境下的管道運(yùn)輸要求管線鋼同時具有高的橫向和縱向強(qiáng)度。其中常用鋼種為X65鋼級壁厚管線鋼，采用低碳設(shè)計(jì)，具有高強(qiáng)度和高韌性。</p><p>　　管線鋼的應(yīng)力腐蝕開裂情況</p><p>　　油氣管道由于應(yīng)力腐蝕開裂每年給石油天然氣產(chǎn)業(yè)帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失，隨著我國油氣管道建設(shè)的不斷增加，研究如何解決管道應(yīng)力腐蝕開裂問題十分必要。</p>

13、<p>　　應(yīng)力腐蝕開裂形成機(jī)理</p><p>　　應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）是指特定的材料在拉應(yīng)力和一定的腐蝕環(huán)境下產(chǎn)生的低應(yīng)力脆性開裂現(xiàn)象。形成應(yīng)力腐蝕開裂必須具備三個條件：敏感材料、拉應(yīng)力、特定的腐蝕環(huán)境。應(yīng)力腐蝕開裂形成機(jī)理一般認(rèn)為是陽極溶解和氫脆。</p><p>　　陽極溶解機(jī)理即在拉應(yīng)力作用下，形成的裂紋尖端發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致其表面的保護(hù)膜或氧化物破裂，金屬本身、保

14、護(hù)膜和溶液形成原電池，金屬本身作為陽極不斷溶解，裂紋不斷擴(kuò)展導(dǎo)致開裂。</p><p>　　氫脆機(jī)理是在氫環(huán)境中,金屬表面聚集氫形成原子氫吸附膜。大量原子形態(tài)的氫不斷滲入金屬內(nèi)部。氫原子聚集在金屬晶粒的周圍，形成氣泡，使得金屬內(nèi)部壓力不斷增大，導(dǎo)致晶體間的鍵斷裂。從而使得金屬的塑性降低，最終在拉應(yīng)力的作用下發(fā)生脆性斷裂[5]。</p><p>　　影響管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的因素</p&

15、gt;<p>　　影響管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的三個主要因素如下：</p><p><b>　　1 材料因素</b></p><p>　　研究表明不同直徑、厚度的管線鋼均能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）。不同管線鋼對應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性不同。晶界碳化物偏析使得晶界成分與晶內(nèi)成分差異增大，晶界區(qū)電位低，晶粒內(nèi)部則作為陽極，導(dǎo)致強(qiáng)烈的沿晶腐蝕。同時，在拉應(yīng)力的作用

16、下陽極極性增強(qiáng)，加劇了沿晶腐蝕。</p><p>　　由于管線鋼存在焊縫，焊縫附近的應(yīng)力集中情況較母材更為嚴(yán)重，對應(yīng)力腐蝕開裂的敏感性較大，易于發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂[4]。</p><p><b>　　2 力學(xué)因素</b></p><p>　　導(dǎo)致管線鋼應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力主要來源于管線內(nèi)壓引起的運(yùn)行應(yīng)力、殘余應(yīng)力和應(yīng)力集中等。管線鋼中的應(yīng)力種類

17、按方向可分為軸向應(yīng)力和徑向應(yīng)力。應(yīng)力波動（R）、應(yīng)力大小和應(yīng)變速率都會對應(yīng)力腐蝕開裂造成影響。</p><p>　　管線鋼中應(yīng)力波動來源于內(nèi)部運(yùn)行壓力，由于管線內(nèi)壓循環(huán)波動，導(dǎo)致管線鋼徑向應(yīng)力連續(xù)波動。應(yīng)力波動（R值）越大越容易導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生。不同地區(qū)的應(yīng)力波動情況差異較大。</p><p>　　對于應(yīng)力大小，只有當(dāng)其超過臨界應(yīng)力強(qiáng)度KISCC時才會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。不同環(huán)境下應(yīng)力大

18、小也存在較大差異。</p><p>　　應(yīng)變速率相對于應(yīng)力而言對SCC有更重要的意義。研究表明，應(yīng)變速率會隨著時間的增加而降低。當(dāng)應(yīng)力小于臨界應(yīng)力強(qiáng)度KISCC，由于應(yīng)變速率隨時間降低，當(dāng)?shù)陀谂R界值時，裂紋會停止擴(kuò)展[4]。</p><p><b>　　3 環(huán)境因素</b></p><p>　　管線鋼的環(huán)境條件受多種因素的影響，主要包括涂層

19、材料、土壤、溫度和PH值等。涂層材料是決定應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）過程的直接因素。近中性pH-SCC主要在聚乙烯帶涂層下發(fā)現(xiàn)，但迄今還沒有在熔融結(jié)合環(huán)氧涂層和擠壓聚乙烯涂層下發(fā)現(xiàn)。說明不同涂層材料的管線鋼應(yīng)力腐蝕狀況不同。土壤類型對SCC的影響相對較弱。由于土壤的持水能力強(qiáng)，當(dāng)含水量的變化，土壤收縮所作用會在涂層和管道上產(chǎn)生應(yīng)力，促進(jìn)SCC過程。管道表面的溫度對于高pH-SCC裂紋擴(kuò)展影響較大，而近中性pH-SCC對溫度敏感度較小[5]。

20、</p><p>　　殘余應(yīng)力對材料綜合性能的影響</p><p>　　研究表明，工件中存在的殘余應(yīng)力會對材料性能產(chǎn)生各方面的影響，包括對材料疲勞強(qiáng)度的影響、對應(yīng)力腐蝕開裂的影響和對脆性斷裂的影響等。各種消除和引入殘余應(yīng)力的工藝技術(shù)也都是在此研究的基礎(chǔ)上展開。</p><p>　　3.1 殘余應(yīng)力對材料疲勞強(qiáng)度的影響</p><p>　　殘

21、余應(yīng)力只在高周疲勞條件下對材料疲勞強(qiáng)度存在影響。在低周疲勞強(qiáng)度下的殘余應(yīng)力會大幅松弛，因此不會對材料疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響。</p><p>　　采用平均應(yīng)力觀點(diǎn)評估殘余應(yīng)力的影響可知?dú)堄嗬瓚?yīng)力使材料的疲勞極限下降，而殘余壓應(yīng)力使材料的疲勞極限提高。然而平均應(yīng)力與實(shí)際殘余應(yīng)力存在較大差異，主要原因是殘余應(yīng)力會發(fā)生衰減而平均應(yīng)力卻是定值。</p><p>　　一般認(rèn)為，軸向加載應(yīng)力時殘余應(yīng)力不

22、會對疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響。但也有研究表明承受軸向載荷條件下，材料表面也會產(chǎn)生疲勞裂紋。</p><p>　　實(shí)際生產(chǎn)中殘余應(yīng)力對材料疲勞強(qiáng)度的影響主要是對工件缺口疲勞強(qiáng)度的影響。在工件缺口部位應(yīng)力集中情況嚴(yán)重，易于引發(fā)疲勞裂紋。通過表面強(qiáng)化處理在材料表面引入殘余壓應(yīng)力層有助于提高工件缺口的疲勞強(qiáng)度[6]。</p><p>　　殘余應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕開裂的影響</p><p&

23、gt;　　應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）產(chǎn)生的必要條件之一是工件中存在殘余拉應(yīng)力，試件在腐蝕介質(zhì)中拉伸后的應(yīng)力壽命曲線表明，拉應(yīng)力越大越易于發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。一般認(rèn)為只有當(dāng)應(yīng)力超過臨界應(yīng)力值時才會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。</p><p>　　也有研究表明殘余壓應(yīng)力同樣會導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂，但其裂紋擴(kuò)展速率相對于拉應(yīng)力而言非常緩慢，幾乎可以忽略不計(jì)。生產(chǎn)中常通過表面強(qiáng)化技術(shù)在材料表面引入殘余壓應(yīng)力來抑制應(yīng)力腐蝕開裂[7]。<

24、/p><p>　　超生加工技術(shù)研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各種硬質(zhì)合金、陶瓷、復(fù)合材料等新型材料。許多新型材料具有高硬度和高脆性的特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的加工工藝難以滿足生產(chǎn)需要。超聲加工技術(shù)作為一種新興技術(shù)不僅可以加工高硬度金屬材料還可以加工脆性大的陶瓷、玻璃等非金屬材料。超聲加工是指使用超聲振動工具，借助磨料的沖擊，沿工件進(jìn)行一定方向的超聲頻沖擊去除材料或使工件相互結(jié)

25、合的一種加工方法。</p><p>　　超聲加工技術(shù)具有高精度、切削力小、加工過程產(chǎn)熱量低和工件表面質(zhì)量高等特點(diǎn)。超聲加工技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，主要包括超聲表面光整、微細(xì)超生加工、拉絲模及型腔模具拋光、超聲振動切削、難加工材料加工、超聲復(fù)合加工和旋轉(zhuǎn)超聲加工等。超聲加工系統(tǒng)主要由超聲波發(fā)生器、換能器（主要為壓電陶瓷換能器）、變幅桿和加工工具等構(gòu)成。</p><p>　　超聲加工技術(shù)作為一種新興

26、技術(shù)，具有極大的發(fā)展?jié)摿?，在國?nèi)正引起越來越多的重視。目前的發(fā)展方向方面要是超聲振動切削機(jī)理研究（對超聲振動切削過程的數(shù)學(xué)描述和數(shù)學(xué)建模是我國超聲振動技術(shù)研究的重要內(nèi)容）、相關(guān)高效實(shí)用設(shè)備的開發(fā)研制、旋轉(zhuǎn)超生加工、超聲復(fù)合加工技術(shù)、微細(xì)超聲加工和生物纖維切割技術(shù)等[8]。</p><p>　　超聲表面滾壓加工技術(shù)</p><p>　　除了材料自身的性能，材料的表面質(zhì)量對于其使用性能有很大的

27、影響，如表面粗糙度、表面硬度、表面耐蝕性能和抗疲勞性能等。因此通過對材料表面進(jìn)行特殊處理，改變材料表面形貌、化學(xué)組成、微觀結(jié)構(gòu)、組織狀態(tài)或應(yīng)力分布情況使其獲得特殊使用性能十分必要。隨著金屬材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，對金屬表面質(zhì)量提出了更高的要求，提高金屬表面質(zhì)量的材料表面改性技術(shù)發(fā)展迅速。</p><p>　　5.1 超聲表面滾壓加工技術(shù)概述</p><p>　　現(xiàn)有的材料表面改性技術(shù)種類繁

28、多，主要依靠三種途徑：表面強(qiáng)烈塑性變形（S2PD）、表面熱處理和高束能表面處理。其中表面強(qiáng)烈塑性變形方法較為傳統(tǒng)，常見的有噴丸強(qiáng)化和滾壓強(qiáng)化。</p><p>　　以上兩種方法的優(yōu)勢在于加工工藝簡單、加工成本低，但是通過這兩種方法所得到的金屬表面質(zhì)量不高。而超聲表面滾壓加工技術(shù)（Ultrasonic surface rolling process，USRP）能夠在材料表面一定厚度實(shí)現(xiàn)表面納米化，極大提高材料表面質(zhì)

29、量。且表面納米化材料的組織沿深度方向呈梯度變化，納米層與非納米層之間沒有明顯的邊界，不易發(fā)生剝離?；诒砻婕{米化的USRP技術(shù)已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注，具有極大的實(shí)用價值和發(fā)展前景。 </p><p>　　超聲表面滾壓加工技術(shù)（USRP）是利用超聲沖擊和靜載滾壓結(jié)合的方法對零件表面進(jìn)行處理的一種新型加工技術(shù)[10]。該技術(shù)可以在金屬表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，細(xì)化晶粒至納米級，引入殘余壓應(yīng)力層，極大的降低表面粗糙度，提高表

30、面硬度和疲勞強(qiáng)度[9]。與其他表面強(qiáng)烈塑性變形方法（S2PD）相比具有高效、加工表面質(zhì)量高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上能夠代替磨削加工工藝。</p><p>　　5.2 超聲表面滾壓加工設(shè)備和工藝參數(shù)</p><p>　　1 超聲表面滾壓加工設(shè)備</p><p>　　超聲表面滾壓加工設(shè)備主要由數(shù)字超聲波電源和 USRP 執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其中數(shù)字超聲波電源主要是

31、指采用數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的逆變式超聲沖擊電源。超生表面滾壓加工執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括：壓電陶瓷換能器、變幅桿和加工工作頭，此外，配套設(shè)備還包括車床和壓縮空氣機(jī)等[11]。</p><p>　　2 超聲表面滾壓加工工藝參數(shù)</p><p>　　綜合考慮試件的材質(zhì)、加工質(zhì)量要求以及加工效率等因素選擇相應(yīng)的工藝參數(shù)情況如下：</p><p>　　機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，一般在 1

32、00～600r/min 的范圍內(nèi)；</p><p>　　工作頭進(jìn)給量，一般在 0.5～50mm/min 的范圍內(nèi)；</p><p>　　3) 施加靜壓力，一般在 10～1000N 的范圍內(nèi)；</p><p>　　4) 加工往返次數(shù)，一般 1～12 次；</p><p>　　5) 工作頭輸出端振幅，一般在 5~25 微米的范圍內(nèi)；</p&

33、gt;<p>　　6) 加工系統(tǒng)輸出振動頻率，一般為20KHz</p><p>　　7) 工作頭硬質(zhì)合金球直徑，一般在 2~30mm 的范圍內(nèi)；</p><p>　　8) 工作頭硬質(zhì)合金球表面粗糙度，一般0.01~0.02μm；</p><p>　　9) 加工過程使用冷卻液冷卻和潤滑</p><p>　　殘余應(yīng)力有限元數(shù)值模擬&

34、lt;/p><p>　　6.1 有限元數(shù)值模擬概況</p><p>　　工程實(shí)際問題由于其幾何形狀復(fù)雜或存在非線性情況，不能通過解析法求得準(zhǔn)確結(jié)果。相對于解析法，數(shù)值解對方程組限制較少，更易于得到接近實(shí)際情況的結(jié)果。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，數(shù)學(xué)、力學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合使得實(shí)際問題可以通過數(shù)值模擬技術(shù)解決。目前，數(shù)值模擬已成為理論分析和科學(xué)試驗(yàn)之外最主要的科學(xué)研究手段。現(xiàn)有的數(shù)值模擬方法主要包括有

35、限單元法、有限差分法和有限體積法，其中應(yīng)用最為廣泛的還是有限元法[13]。</p><p>　　有限元法是將問題的求解域劃分為一系列僅靠節(jié)點(diǎn)連接的單元。通過選定的函數(shù)關(guān)系和單元節(jié)點(diǎn)量可以得到單元內(nèi)部點(diǎn)的待求量。由于單元形狀簡單，易于用平衡關(guān)系或能量關(guān)系建立節(jié)點(diǎn)量之間的方程式。各單元方程“組集”在一起后可以形成總體代數(shù)方程組，計(jì)入邊界條件后即可求解方程組。單元劃分越細(xì)，計(jì)算結(jié)果越精確。</p><

36、;p>　　二十一世紀(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展，其應(yīng)用遍布各個研究領(lǐng)域，也因此開發(fā)出解決各類工程實(shí)際問題的商業(yè)軟件，針對數(shù)值模擬的軟件主要有：ANSYS、NASTRAN、ABAQUS、ASKA等。有限元軟件具有強(qiáng)大的前處理和后處理程序，使用方便、計(jì)算精度高。通過有限元數(shù)值模擬解決工程實(shí)際問題可以極大的節(jié)約設(shè)計(jì)成本，減少設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)周期，模擬實(shí)驗(yàn)過程并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時還能在產(chǎn)品制造前提前發(fā)現(xiàn)潛在的問題，增加產(chǎn)品和工程的可靠性[12]。

37、 </p><p>　　6.2 殘余應(yīng)力的有限元數(shù)值模擬</p><p>　　超聲表面滾壓加工（USRP）能夠提高材料疲勞強(qiáng)度并抑制應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）的主要原因是在材料表面引入了殘余壓應(yīng)力層。因此測量被加工材料表面殘余應(yīng)力對于研究USRP具有重要意義，然而通過實(shí)驗(yàn)方法如X射線衍射法測量殘余應(yīng)力步驟繁瑣，消耗時間且成本較高。</p><p>　　有限元數(shù)值模擬軟

38、件越來越多的用于滾壓加工過程殘余應(yīng)力的分析，并取得了較大成果。天津大學(xué)王東坡等人使用有限元軟件ABAQUS建立了一個三維有限元模型（FEM）來模擬40Cr的USRP處理過程，并分析了表面塑性變形、應(yīng)力和應(yīng)變的模擬結(jié)果以評估納米化表面層的形成[14]。其研究表明有限元的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果一致，有力的證明了這種有限元仿真能夠有效的預(yù)測USRP工藝結(jié)果，并得出表面層的納米層尺寸、殘余應(yīng)力及加工硬化與工藝處理參數(shù)之間的聯(lián)系。王生武等人采

39、用有限元軟件建立了連續(xù)多圈滾壓工藝的有限元數(shù)值仿真模型，并分析了滾壓變形和殘余應(yīng)力分布情況[15]。劉福超等采用ABAQUS有限元分析軟件開發(fā)了更接近于實(shí)際的滾壓模擬模型，并利用采用該模型研究了滾壓力的大小、滾針直徑、表面摩擦系數(shù)等對于殘余應(yīng)力分布規(guī)律的影響[16]。W. Bouzid Sa¨? · K.Sa¨通過有限元數(shù)值模擬研究了AISI 1042鋼的滾球滾壓過程中表面粗糙度的變化，并預(yù)測了殘余應(yīng)力的分

40、布情況[17]。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，進(jìn)一步證明有限元數(shù)值模擬能夠有效的分析USRP對管線鋼殘余應(yīng)力的影響。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 高惠臨,董玉華,周好斌. 管線鋼的發(fā)展趨勢與展望[J]. 焊管. 1999(03)</p><p>　　[2] 鄭磊,傅俊巖. 高等級管線鋼的發(fā)展現(xiàn)狀[

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