最近（jìn）10年來（lái），為輸送天然氣（qì），開展（zhǎn）了在海底鋪設管道管的（de）深（shēn）水研究項目。在天然（rán）氣的遠距離輸送中，要求管道在深海下具有抵抗外部水壓（yā）的抗壓強度，因此一般使用UOE鋼管。UOE鋼管的（de）製造方法為（wéi）冷衝壓（yā）成形法，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（yā）壞機理，新日鐵進行了鋼管成形－性能評價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（hé）反映成形形狀及殘（cán）留應力的鋼管三（sān）維壓壞模型（xíng）構成。通（tōng）過實（shí）驗，對鋼管的壁（bì）厚、圓周方向位（wèi）置（zhì）中的強度各向異性進行（háng）了測定，同時對殘留應力進行了測定，根據鋼管的實際抗壓強度，對數值解析模型的妥當性進行了評價。 1．UOE鋼管的強度各向異性和殘留應力 眾所周（zhōu）知（zhī），影響鋼管抗壓強度的（de）因素有形狀不良(鋼管的正圓度（dù）和壁厚不均)、屈服強度(YS)和殘留應力。圓周方向的壓縮屈服強度和殘（cán）留應力有很大的相互關係。圓（yuán）棒和圓柱試樣(直徑都是6mm)測定的壁厚斷麵的屈服強度分（fèn）布表明，鋼管外（wài）部圓周方向壓（yā）縮屈服強度的（de）下（xià）降特別明顯。對壁厚位置中的S－S曲線比較表明，從壁厚中心開始（shǐ）出現（xiàn）在外部因彈（dàn）性（xìng）變形的鮑辛格效應而產生的圓形的（de）S－S曲線（xiàn）。根據UOE鋼管和（hé）油井用無縫鋼管的比較可知，兩種（zhǒng）鋼管的殘留應力（lì）都趨（qū）於內麵壓（yā）縮，但UOE鋼管殘留（liú）應力值小。 2．數值（zhí）解析模（mó）擬（nǐ） 在（zài）數值解析過程中，使用了（le）綜合模型（xíng）對（duì）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（miàn）變形要素)中，使用了板材（cái）的S－S曲線，並將殘留應力應用於壓壞（huài）模型(三維固體要素)。由於隻（zhī）進行數值解析模擬難以精確（què）預測對從板材到鋼管的（de）S－S曲線變化，因此（cǐ）采用半實驗的方法(模擬變形試驗（yàn）)預測S－S曲線。即，把計算的等效塑性（xìng）應變滯後作用於從板材取樣的圓棒（bàng）試樣，然後對每個壁厚位置（zhì）所得（dé）的壓縮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、壓力增量值、收斂判斷值的（de）支配，如果對這些影響因素（sù）進（jìn）行（háng）校正，估計本模型的預測誤差在5％左右，通過校正誤差，可以進一（yī）步提高預測（cè）精（jīng）度。 在對給（gěi）出相同正圓度時的綜合模型和橢圓近似模型（xíng）的壓壞值進行比較後發現兩者沒（méi）有比較大平均差，由此可知，通過（guò）將取決（jué）於最大外徑和最小內（nèi）徑的正圓度（dù）做成近似於橢圓的參數，就（jiù）可（kě）以將局部曲率變化的UOE鋼管的外徑分布用模型表示。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（de）計算值（zhí）進行了比較（jiào），發現不同D／t(外徑／壁厚)和正圓度的預測值與普通公式（shì）預測值相（xiàng）同，由此推定采用成形－壓壞綜合模（mó）型也能獲得相同的結果。因此，可以說綜合模型能解析壓（yā）壞機理，可以（yǐ）應用於成形條件對抗壓強度影響的量（liàng）化。 3．2UOE鋼管的壓壞（huài）機理 調查了采（cǎi）用圓棒試樣模擬UOE鋼管生產過程中預測的等效塑性應變（biàn）滯後時的應力－應變關係（xì），並對預測的S－S曲線和模（mó）擬曲線進行（háng）了（le）比較，結果可知預測的S－S曲線（xiàn）與實（shí）際鋼（gāng）管的S－S曲線較一致，即使（shǐ）是受到不同應變滯後作用的（de）壁厚斷麵，其YS也與實（shí）測（cè）值相同。在此次成形（xíng）條件下的應（yīng）變（biàn）滯後中壁厚外部YS的（de）下降受U衝壓時的拉伸應變負荷所（suǒ）支配。另外，在鋼（gāng）管（guǎn）內側幾乎看不到因（yīn）彈性變形的鮑（bào）格辛效應（yīng）而（ér）產生的壓縮YS下降（jiàng）。采用以上提出的模擬應變試驗，能更（gèng）加精確預測實際鋼管圓（yuán）周方向的強度。 4．結束語 根據UOE鋼管的強度分布（bù）、強度各向異性和殘（cán）留應力實測值，通過數值解析，求出了這些因素對鋼（gāng）管外部壓（yā）壞特性的影響。結果明確了UOE鋼（gāng）管特（tè）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，壓壞的起點和（hé）殘留應力的效果與均質材（cái）不同等。另外，還提出了用（yòng）板材進行鋼管成形時預測機械特性能變化的有效方法