最（zuì）近10年來，為輸送（sòng）天然氣，開展了在海底鋪設管道（dào）管（guǎn）的深水研究項目。在天然氣的遠距離（lí）輸（shū）送中，要求管道在深海下具有抵抗外部水（shuǐ）壓的抗（kàng）壓強度（dù），因（yīn）此（cǐ）一般使用UOE鋼管。UOE鋼管的（de）製造方法為冷衝壓成形（xíng）法，鋼管強度各向異性。為預測UOE鋼管的抗壓強度和弄清鋼管的壓壞機理，新日鐵進行了鋼管成形－性能評價（jià）一體化的數值解析模擬。數值解析模擬由鋼管的二維成形模型和反映成形形狀及殘留應力的鋼（gāng）管三維壓壞模型構成。通過實驗，對鋼管的壁（bì）厚、圓周方向位置（zhì）中的強度各向（xiàng）異性進行了測定，同時對殘留應力進行了測（cè）定，根據鋼管的實際抗壓（yā）強度，對數值解析（xī）模型的妥當性進行了評（píng）價。 1．UOE鋼管的強度各向異性（xìng）和殘留應力 眾所周知，影響鋼管抗壓強度的因素有形狀不良(鋼管的正圓度和壁（bì）厚不均（jun1）)、屈服強度(YS)和殘留（liú）應力。圓周方向的（de）壓（yā）縮屈服強度和殘留應力有（yǒu）很大的相互關係（xì）。圓棒（bàng）和圓柱試樣(直徑都是6mm)測定的（de）壁（bì）厚斷麵的屈（qū）服強度分布表明，鋼管外部圓周方向壓縮屈服強度的下降特別明（míng）顯。對壁厚位置中的（de）S－S曲線比（bǐ）較表明，從壁厚中心開始出現在外部因彈性變形的鮑辛格效應而產生的圓形的S－S曲線。根據（jù）UOE鋼管和油井用無縫鋼管的比較可知，兩種鋼管的殘留應力都趨於內麵壓縮，但UOE鋼管殘留應力值小。 2．數值解析模擬 在數值解析（xī）過程中，使用了（le）綜合模型對UOE鋼管的成形－抗壓強度進行了評估。在UOE鋼管的成形模型(二維平麵變形要素)中，使用了板材的S－S曲（qǔ）線，並將殘留應力應用於（yú）壓壞模型(三維（wéi）固體要素)。由於隻進行（háng）數值解析模擬難以精確預測對從板材到鋼（gāng）管的S－S曲線變化，因此采用半實驗的方法(模擬變形試驗)預測S－S曲線。即，把計算的等效塑性（xìng）應變（biàn）滯後作用於（yú）從板材取樣的圓棒試樣，然後（hòu）對（duì）每個（gè）壁厚位置所得的（de）壓（yā）縮S－S曲線進行定義。 3．結果和研究 3．1壓壞模型的妥當性 預測精度受模型的要素組合數、壓力增量（liàng）值、收斂判斷值的支配（pèi），如（rú）果對這些影響因素進行校正，估計本模型的預測誤差在（zài）5％左右（yòu），通過校正（zhèng）誤差，可以進一步提高預測精度。 在對給出相同正圓度時的綜合模型和橢圓近似模型的壓壞值進行比較（jiào）後發現兩者沒有比較大平均差（chà），由此可知，通過將取決於最大外徑和最小內徑的（de）正圓度做成近似於橢圓的參數，就可以將（jiāng）局部（bù）曲率變化的UOE鋼管的外徑分布用（yòng）模型表示（shì）。對用橢圓模型預測的壓壞值和預測UOE鋼管抗壓強度的普通公式的計算值進（jìn）行了比較，發現不同D／t(外徑／壁厚)和正（zhèng）圓度的預測值與普通公式預測值相同，由此推定采用成形－壓壞綜合模型也（yě）能獲得相同的（de）結果。因此，可（kě）以說（shuō）綜（zōng）合模型能解析壓壞機理，可以應用於（yú）成形條（tiáo）件對抗（kàng）壓強度影響的量化。 3．2UOE鋼管的壓（yā）壞機理 調查了采（cǎi）用（yòng）圓棒試樣模擬UOE鋼管生產過程中預測的等效（xiào）塑性應變滯後時的應力－應（yīng）變關係，並對（duì）預測的S－S曲線和模擬曲線進行了比較，結果可知預（yù）測的S－S曲線與（yǔ）實際鋼管的S－S曲線較一致，即使是受到不同（tóng）應變（biàn）滯後作用的壁厚（hòu）斷麵，其YS也與實測值相（xiàng）同。在此次成形（xíng）條件下的應變滯後中壁厚外部YS的下降（jiàng）受U衝壓時的拉伸應變負荷所支配（pèi）。另外（wài），在鋼管內（nèi）側幾乎看不到因彈性變形的鮑格（gé）辛效應而產生的壓（yā）縮YS下降。采用以上提出的模擬應變試驗，能更加精確預測實際鋼管圓周方向的強度。 4．結束語 根據UOE鋼管（guǎn）的（de）強度分布、強度各向異性和殘留應力實測值（zhí），通過數值解析，求出了這些因素對鋼管外部壓壞特性的影響。結果明確了UOE鋼管特有的現象，即由於（yú）圓周方向壓縮YS的下降（jiàng），因此抗壓強度比均質材低，壓（yā）壞的起點和殘（cán）留應力的效果與均（jun1）質材不同等。另外，還提出了用板材進行鋼（gāng）管（guǎn）成形時預測（cè）機械特性能變化的（de）有效方法