Validering av modell med bockningsförsök

I verifikationstest 1 kontrolleras visuellt om FE-modellen klarar av att beskriva då röret bucklar röret vid den inre delen av rörböjen samt om det kollapsar vid den yttre delen av rörböjen. Inget dornstöd är använt. I tabell 3 visas de bockningsparametrar som användes. De visuella skillnaderna mellan ett bockat rör och resultatet från simuleringen kan ses i Figur 13.

Röret är bockat till 180 grader och därefter släpps verktygen från röret så att det kan återfjädra. Praktiskt ligger återfjädringen för denna bockning i intervallet 5-8 grader, återfjädringen i denna simulering var 6,3 grader.

Tabell 3. Material och bockningsparametrar Bockningsradie 1,54 * Dy (29,3 millimeter)

Rördimension 19,05 * 1,65 (millimeter)

Dorn Nej

I Figur 14 visar ett rör med kvarstående restspänningar, maximalt är den ungefär 910 MPa.

Det syns tydligt i figuren vilka områden som har kvarstående deformationer. Längs rörets neutrallinje finns de lägsta spänningarna, vilket de bör göra på grund av det området är i gränsskiktet mellan övervägande andel dragande respektive tryckande spänningar. I Figur 15 syns de kvarstående töjningarna i materialet. Den maximala kvarstående töjningen är cirka;

31 %, noterbart är att de högsta töjningarna återfinns på böjens insida, vilka är cirka en procentenhet högre än jämfört med vid yttre mantelytan för röret. Med ekvation 3.1 ges att töjningen längs ytterfibern bör vara 32,5 %, vilket är något högre än jämfört med det resultat simuleringen gav. Praktiska mätningar på töjning ger inte så mycket då rörets tvärsnitt kollapsar, som kan ses i Figur 13.

Tabell 4. Mätdata från simuleringen (enhet i millimeter där annat inte anges)

Radie 45ْ 90ْ 135ْ Längsta

diameter

Kortaste diameter

Ovalitet (%)

Inner 2,02 2,02 2,02

Godstjocklek

Ytter 1,44 1,44 1,44 19,11 16,30 14,80

Figur 13. Skillnader i buckling och kollaps mellan simulering och bockningsförsök

Figur 14. Restspänningar (Von Mises) i materialet efter återfjädring av det bockade röret

Figur 15. Kvarstående töjningar i materialet efter återfjädring

5.2.2 Bockningsförsök 2

Detta försök liknar bockningsförsök 1 med skillnaden att dorn används, se tabell 4 för bockningsparametrar. Försöket verifieras mot tidigare test med mätningar gjorda i produktionen vid SMT i Tjeckien [13], dessa värden är extremvärdet av fyra mätvärden längs med rörböjen. I tabell 5 [14] finns ytterligare mätdata från ett antal bockningsförsök utfört vid SMT Sandviken. Noterbart är att den största diametern i det bockningsförsöket är kortare än den nominella rördiametern för det bockade röret då en bockningsradie på 32 millimeter användes.

Tabell 5. Material och bockningsparametrar Bockningsradie 1,54 * Dy (29,3 millimeter)

Rördimension 19,05 * 1,65 [millimeter]

Dorn Ja

Överbockning 5ْ

Tabell 6. Referensdata från tillverkning [13], detta är extremvärdet av fyra mätvärden längs med rörböjen (alla mått i millimeter där annat inte anges)

Godstjocklek Rörets diameter

Tabell 7. Referensdata från försök [14] (alla mått i millimeter där inte annat anges) Yttre väggtjocklek

Tabell 8. Resultat från den simuleringar som genomförts med bockningsparametrar enligt Tabell 5 Dorn 5 mm

framflyttat Radie 45ْ 90ْ 135ْ Minsta

diameter

I Tabell 8 ses resultatet från denna simulering, jämför med resultatet från bockningsförsök 1 då enda skillnaden är att inget dorn användes. De mätningar som genomförts i produktion och på provbockningar visar på en stor spridning i resultaten. Modellens beteende vid bockning av denna dimension ligger i närheten av de resultat som kommer från praktiska mätningar. En effekt som kan studeras i Figur 17 är att de kvarstående töjningarna i yttre mantelytan på röret är lokalt högre. De maximalt kvarstående töjningarna i det området ligger på 36 % medan de vid mantelytan vid den inre delen av rörböjen är likvärdiga med resultatet från bockningsförsök 1, 31 %. De kvarstående restspänningarna som kan ses i Figur 16 ligger på 1100 MPa.

Figur 16. Restspänningar (Von Mises) i röret efter återfjädring

Figur 17. Kvarstående töjningar efter återfjädring av det bockade röret.

5.2.3 Bockningsförsök 3

Bockningsförsök tre syftade till att verifiera modellen med avseende på maximal ovalitet, töjning i mantelytan vid den yttre rörböjen och återfjädring. Bockningsparametrar kan ses i tabell 9. Det praktiska försöket är gjort med 180ْ bockningsvinkel för att på ett effektivt sätt kunna mäta återfjädringen. Ett rör bockades även till 190ْ för att se ifall det fanns någon skillnad mellan bockningarna för de kvarstående töjningar och ovalisering som sker med materialet i röret då det bockas. Resultatet från bockningsförsöket kan ses tabell 10. Resultat från den simulering som jämförs mot det praktiska testet ses i tabell 11. Noterbart är att den bockningsskiva som användes var tillverkad i härdat verktygsstål med förslitningar i det försänkta spåret. Töjningarna i rörets yttre mantelyta är uppmätta i ytskiktet där röret ritsades med 5 millimeters intervall. Materialet hade praktiskt töjt sig i samma storleksordning som i de numeriska beräkningarna. Resultatet stämmer också enligt de analytiska beräkningarna erhållna via ekvation 3.1. Enligt simuleringsresultatet är töjningarna konstant längs hela böjen på samma avstånd från bockningscentrum, samma resultat fås för de praktiska bockningsförsöken.

Tabell 9. Material och bockningsparametrar

Tabell 10. Resultat från bockningsförsök då dorn ej använts Bockningsradie

Tabell 11. Jämförelse av resultat mellan simulering och bockningsförsök Bockningsvinkel 180ْ Simulering Bockningsförsök

Största diameter (mm) 19,05 19,97

Minsta diameter (mm) 17,56 16,47

Ovalitet (%) 8,0 18,4

Restspänning (MPa) 840 --

Töjning (%) 21,3 21,7

Återfjädring 9,8ْ 10ْ

Bockningsradie 2,23 * Dy (42 millimeter) Rördimension 19,05 * 1,65 [millimeter]

Dorn Nej

5.2.4 Bockningsförsök 4

Syftet med bockningsförsök fyra var att verifiera modellen med avseende på maximal ovalitet, töjning i rörböjens yttre mantelyta och återfjädring. Bockningsparametrar kan ses i tabell 12. Som i förra testet är modellen simulerad och verifierad mot en bockning på 180ْ . Ett överbockat rör med en bockningsvinkel på 192ْ gjordes för att jämföra resultatet mellan de praktiska bockningarna. Resultatet kan ses i tabell 13. En jämförelse av resultatet mellan de numeriska beräkningarna och bockningen kan ses i tabell 14. Noterbart är att den bockningsskiva som användes vid bockning är tillverkat i härdat verktygsstål med slitage i det försänkta spåret. Töjningarna i rörets ytterradie är uppmätta i ytskiktet där röret ritsades med 5 millimeters intervall. Materialet hade praktiskt töjt sig i samma storleksordning som i de numeriska beräkningarna. Töjningarna som kan beräknas med ekvation 3.1 avviker cirka en procent enhet från de analytiskt beräknade värdena. Enligt simuleringsresultatet är töjningarna konstant längs hela böjen på samma avstånd från bockningscentrum, samma resultat fås för de praktiska bockningsförsöken. Den spänningsskillnad som uppträder i godset av röret finns att beskåda för ett tvärsnitt i figur 18.

Tabell 12. Material och bockningsparametrar Bockningsradie 2,83 * Dy (54 millimeter)

Rördimension 19,05 * 1,65 (millimeter)

Dorn Nej

Tabell 13. Resultat från bockningsförsök då dorn ej använts Bockningsradie

Tabell 14. Jämförelse av resultat mellan simulering och bockningsförsök Bockningsvinkel 180ْ Simulering Bockningsförsök

Största diameter (mm) 19,05 19,40

Minsta diameter (mm) 17,97 17,73

Ovalitet (%) 5,7 8,8

Restspänning (MPa) 830 --

Töjning (%) 17,1 18,0

Återfjädring 13ْ 10ْ

Figur 18. Spänningsfördelning i snittet av det bockade röret