【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于管件制造领域，尤其是一种拓扑优化结构三通的增材制造方法。
技术介绍
1、三通是石油天然气管道输送系统的重要组成构件，起到分输、变向和计量等作用。大口径输气管道通常采用热挤压三通，其表面光洁度好，壁厚无突变，应力分布均匀，整体强度较好。近年来，随着输气管线向高压、大壁厚、大口径方向发展，传统等面积补强设计方法设计的三通结构壁厚很大。由于初步三通所用材料的淬透性相对较差，较大壁厚导致淬火后材料的抗脆性起裂能力严重降低，降低了三通的服役可靠性，因此高强度三通的设计壁厚已达到三通生产能力极限。
2、增材制造技术基于构件的三维数据模型，采用层层堆叠的方式成形实体零件，可成形任意尺寸的构件，为制备油气输送用大口径大壁厚三通提供新的途经。然而，适用于传统热加工工艺的三通结构壁厚和质量较大，部分区域设计壁厚富余度过大，不仅导致增材制造三通的材料和加工成本很高、生产周期长，同时也造成导致材料浪费。此外，由于三通服役工况较复杂，可能存在内压、轴向拉压、弯矩、扭矩等载荷，传统结构的三通在相贯区中易产生应力集中，有可能产生局部屈服。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种拓扑优化结构三通的增材制造方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、一种拓扑优化结构三通的增材制造方法，包括以下步骤：
4、步骤1、根据油气管道工程的实际生产需求，设计三通的尺寸；
5、步骤2、建立三通的三
6、步骤3、根据增材成形件的参数及三通的拓扑结构建立拓扑优化三通的三维模型；
7、步骤4、对所述拓扑优化三通的三维模型进行校核，若p/p1≥f则拓扑优化满足设计要求，转到步骤6；
8、若p/p1<f，则拓扑优化结构不满足设计要求，则增加拓扑优化的壁厚，转到步骤5；
9、其中，p1为数值模拟计算得到的三通极限压力值，p为三通设计压力，f为三通设计系数；
10、步骤5、重复步骤3和步骤4直至满足设计结构要求；
11、步骤6、将最终得到的拓扑优化三通模型按照打印顺序进行分区及路径规划，对不同区域依次进行电弧增材制造，完成拓扑优化结构三通的电弧增材制造。
12、进一步的，步骤1中，采用等面积补强法设计三通的尺寸。
13、进一步的，步骤1中，采用极限分析设计三通的尺寸。
14、进一步的，步骤3中，步骤2中材料属性包括增材成形件的屈服强度、弹性模量及泊松比的材料物理参数。
15、进一步的，采用增材制造三通所用焊丝预制薄壁墙，通过力学测试获得薄壁墙的屈服强度、弹性模量及泊松比的材料物理参数。
16、进一步的，步骤4中，采用数值模拟软件对拓扑优化三通的三维模型在承压过程中的应力进行分析，获得应力云图，基于所述应力云图对所述拓扑优化三通的三维模型进行校核。
17、进一步的，适用于制造直径在1000mm以上的三通。
18、进一步的，用于制造直径为1200mm、壁厚为54mm的等径三通。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、本专利技术的一种拓扑优化结构三通的增材制造方法，适用于油气输送管道用三通的增材制造，将初步三通的整体三维模型导入拓扑优化软件后得到结构最优化的三通；利用数值模拟软件，分析三通承压过程中应力分布，对拓扑优化三通结构性能进行校核；针对电弧增材制造工艺，对拓扑优化三通结构进行尺寸优化。与初步三通结构相比，可实现三通结构最优化设计，降低三通整体重量、提高材料利用率。本专利技术拓扑优化结构三通的增材制造方法，采用电弧增材制造技术制造经拓扑优化后的三通，降低了三通重量和打印成本，大幅度提升三通的承压能力，获得综合力学性能优良的三通。
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1.一种拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，步骤1中，采用等面积补强法设计三通的尺寸。
3.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，步骤1中，采用极限分析设计三通的尺寸。
4.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，步骤3中，步骤2中材料属性包括增材成形件的屈服强度、弹性模量及泊松比的材料物理参数。
5.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，采用增材制造三通所用焊丝预制薄壁墙，通过力学测试获得薄壁墙的屈服强度、弹性模量及泊松比的材料物理参数。
6.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，步骤4中，采用数值模拟软件对拓扑优化三通的三维模型在承压过程中的应力进行分析，获得应力云图，基于所述应力云图对所述拓扑优化三通的三维模型进行校核。
7.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，适用于制造直径在1000
8.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，用于制造直径为1200mm、壁厚为54mm的等径三通。
...【技术特征摘要】
1.一种拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，步骤1中，采用等面积补强法设计三通的尺寸。
3.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，步骤1中，采用极限分析设计三通的尺寸。
4.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，步骤3中，步骤2中材料属性包括增材成形件的屈服强度、弹性模量及泊松比的材料物理参数。
5.根据权利要求1所述的拓扑优化结构三通的增材制造方法，其特征在于，采用增材制造三通...
【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，吉玲康，胡美娟，池强，杨耀彬，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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