薄壁管數(shù)控彎曲精確成形技術是管彎曲技術向先進塑性加工技術發(fā)展的必

1、林艷，薄壁管數(shù)控彎曲成形過程失穩(wěn)起皺的數(shù)值模擬研究，西北工業(yè)大學博士論文 摘錄薄壁管數(shù)控彎曲精確成形技術是管彎曲技術向先進塑性加工技術發(fā)展的必然趨勢。然而這是一個多因素禍合交互作用下可能發(fā)生失穩(wěn)起皺的復雜物理過程。特別是航空、航天高技術的發(fā)展要求彎管零件的壁更薄、口徑更大、彎曲半徑更小和成形精度更高，這使得對失穩(wěn)起皺的預測和控制成為薄壁管精確彎曲成形技術研究與發(fā)展迫切需要解決的難題。因此本文采用有限元模擬技術與起皺能量預測準則相結合的方法，實現(xiàn)對薄壁管數(shù)控彎曲過程起皺缺陷的分析和預測，對提高薄壁彎管制品的質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本具有重要意義。本文系統(tǒng)深入地研究了薄壁管數(shù)控彎曲成形過程三

2、維剛塑性有限元模擬分析中的關鍵技術問題，提出了有效的算法和處理方法:提出了相對自由度與絕對自由度相結合的殼單元，使得速度邊界條件的處理可通過簡單、有效的置“1法或置大數(shù)法來實現(xiàn);采用了三次因式法確定收斂因子，不僅提高了有限元求解過程的計算效率，同時也保證了有限元迭代過程的收斂性。本文提出了描述薄壁管彎曲過程中失穩(wěn)起皺波形的數(shù)學模型;進而基于薄殼小撓度彎曲理論和最小能量原理建立了預測起皺的能量準則;將預測準則與有限元模擬系統(tǒng)有機結合，可實現(xiàn)對起皺的數(shù)值預測。本文自主開發(fā)了薄壁管數(shù)控彎曲成形過程的起皺數(shù)值預測系統(tǒng)TBWS一3D，包括模具型腔曲面的幾何描述、管坯初始網(wǎng)格的自動劃分、動態(tài)邊界條件的處理

3、和摩擦問題的處理、剛塑性有限元模擬分析、變形體幾何構形與場變量的顯示以及起皺預測等功能。該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)對成形過程的數(shù)值模擬分析，而且可用于對成形過程中失穩(wěn)起皺現(xiàn)象的數(shù)值預測。采用所開發(fā)的薄壁管數(shù)控彎曲成形過程起皺數(shù)值預測系統(tǒng)深入研究了鋁合金和不銹鋼薄壁管數(shù)控彎曲成形過程的變形特點，獲得了以下的主要結果:(1)兩種管坯材料的整體變形、等效應變場分布、塑性變形區(qū)分布、塑性變形能與西北工業(yè)大學博士學位論文起皺能比值隨彎曲角度的變化規(guī)律及大小基本一致;而兩者切向應力場分布隨彎曲角度的變化規(guī)律一致，只是不銹鋼管所受的切向應力值大于鋁合金管所受的切向應力。(2)管數(shù)控彎曲成形過程中應力和應變中性層的內(nèi)

4、移現(xiàn)象不顯著。(3)在成形的初始階段管坯所受的最大切向壓應力不斷增加;但當最大切向壓應力超過一定值后，管坯進入穩(wěn)定變形階段，最大切向壓應力只在很小的范圍內(nèi)波動。(4)在變形初期管坯塑性變形區(qū)不斷擴展;管坯進入穩(wěn)定變形階段以后，各變形階段塑性區(qū)形狀及尺寸基本保持一致，而已變形部分不斷發(fā)生卸載。(5)塑性變形能與起皺能的比值隨著管彎曲成形過程的進行是不斷波動變化的，但存在一個最大值。應用所開發(fā)的起皺預測系統(tǒng)，對由失穩(wěn)起皺所決定的管坯最小彎曲半徑一成形極限進行了數(shù)值模擬研究，揭示了不同成形參數(shù)對管坯最小彎曲半徑的影響規(guī)律:(1)當芯棒伸出長度足夠時，彎曲半徑對管坯失穩(wěn)起皺的影響不大;而當芯棒長度不足

5、時，隨著彎曲半徑的減小管坯發(fā)生起皺的趨勢增加。芯棒伸出量的增加可提高管坯基于失穩(wěn)起皺的成形極限;當芯棒伸出量足夠時，即使得管坯彎曲時的壓縮塑性變形區(qū)完全受到剛性芯棒的約束，其它成形參數(shù)不影響管坯的最小彎曲半徑。(2)隨著管徑的增加，由起皺所決定的管坯最小彎曲半徑成線性增長。(3)加工速度的變化對管坯成形極限的影響不大。(4)隨著硬化指數(shù)值由小變大，管坯的最小彎曲半徑先減后增。(5)應力強度系數(shù)的變化不影響管坯最小彎曲半徑。(6)摩擦系數(shù)的變化將使得管坯最小彎曲半徑在一定的范圍內(nèi)波動。關鍵詞:薄壁管，數(shù)控彎曲，能量方法，起皺預測，精確成形，有限元數(shù)值模擬本文的主要創(chuàng)新點與貢獻(l)失穩(wěn)起皺的預測

6、和控制是薄壁管彎曲精確成形技術研究和發(fā)展迫切需要解決的難題。能量法可有效實現(xiàn)薄壁管數(shù)控彎曲成形過程中起皺現(xiàn)象的定量預測。為此，必須合理描述起皺波形，并獲得管起皺所需的起皺能以建立失穩(wěn)起皺的預測準則。本文根據(jù)薄壁管彎曲起皺實際波形的幾何特點提出了描述起皺波形的數(shù)學模型;基于最小能量原理和板殼彎曲理論，建立了采用塑性變形能與起皺能比值來預測失穩(wěn)起皺的預測準則，使得大口徑、小彎曲半徑薄壁管的失穩(wěn)起皺預測成為可能。(2)薄壁管數(shù)控彎曲成形過程是多因素交互作用下的復雜成形過程。傳統(tǒng)的理論解析法和試驗方法難以實現(xiàn)對復雜問題的深入研究，而有限元方法目前是研究和發(fā)展復雜成形問題的有效手段。本文針對薄壁件的幾何

7、特點提出了適用于模擬薄壁件成形過程的絕對一相對自由度殼單元，解決了相對自由度殼單元處理邊界條件時的困難:提出了三次因式法確定收斂因子，保證了有限元迭代求解過程的計算效率和收斂性;在深入研究薄壁管彎曲成形特點的基礎上，建立了符合實際的三維有限元分析模型，解決了其中關鍵技術的處理問題;進而研究開發(fā)了可預測薄壁管數(shù)控彎曲成形過程中起皺現(xiàn)象的有限元數(shù)值模擬系統(tǒng)TBWS一3D，為研究失穩(wěn)起皺機理和實現(xiàn)對起皺現(xiàn)象預測提供了一種先進手段)(3)薄壁管在彎曲成形過程中所受的壓應力是造成其起皺發(fā)生的主要因素。為此本文采用自主開發(fā)的面向薄壁管數(shù)控彎曲成形過程的三維有限元數(shù)值模擬系統(tǒng)TBWS一3D研究了管坯在彎曲成

8、形過程中應力和應變場的分布規(guī)律、塑性變形區(qū)分布規(guī)律、塑性成形能與起皺能比值的變化規(guī)律等變形特點，為研究其成形過程中的起皺現(xiàn)象提供了理論依據(jù)。(4)為了有效控制薄壁管數(shù)控彎曲成形過程，避免失穩(wěn)起皺現(xiàn)象的發(fā)生，有必要深入研究成形參數(shù)對由失穩(wěn)起皺所決定的最小彎曲半徑(即彎曲成形極限)的影響規(guī)律。本文采用自主開發(fā)的數(shù)值預測系統(tǒng)TBWS一3D對薄壁管數(shù)控彎曲成形過程中的起皺現(xiàn)象進行了研究，揭示了包括管坯幾何參數(shù)、材料性能參數(shù)以及加工工藝參數(shù)在內(nèi)的成形參數(shù)對薄壁管彎曲成形極限的影響規(guī)律，為薄壁管數(shù)控彎曲精確成形過程中實現(xiàn)成形參數(shù)的確定和優(yōu)化創(chuàng)造了條件。研究意義薄壁管數(shù)控精確彎曲技術是管彎曲技術向先進塑性加

9、工技術發(fā)展的必然趨勢，在汽車、航空、航天業(yè)具有廣闊的應用前景1。由于成形過程的變形特性和成形過程中多因素交互藕合的復雜性，因此有必要對薄壁管數(shù)控彎曲成形過程中的失穩(wěn)起皺現(xiàn)象進行研究，深入了解起皺發(fā)生的機理，對失穩(wěn)起皺進行預測和有效控制，掌握成形參數(shù)對由失穩(wěn)起皺所決定的最小彎曲半徑一成形極限的影響規(guī)律。這是推動該成形技術研究和發(fā)展迫切需解決的關鍵問題為降低產(chǎn)品成本，并滿足對產(chǎn)品輕量化的需求，彎管零件己大量應用于交通、運輸、建筑、電子和輕工等各行各業(yè)。特別是精密成形的薄壁彎管件，在汽車、航天航空工業(yè)有著廣泛的應用前景21。對于彎曲準確度較高的薄壁管件，常規(guī)的彎管方法和設備是難以滿足要求的。數(shù)控彎管

10、設備適應精確成形與加工批量生產(chǎn)能力的快速形成。它可以準確、穩(wěn)定地完成對管坯的彎曲、送進、轉角等動作，并還可通過復合模具同時對多根管材進行加工，不僅可以高效成形彎管零件，保證成形質(zhì)量的穩(wěn)定性，而且可自動連續(xù)地實現(xiàn)不同曲率半徑的復雜三維管彎曲31。金屬塑性成形過程的研究方法有試驗研究方法、基于經(jīng)典塑性理論的解析方法和數(shù)值方法。薄板和薄殼的成形過程是使毛坯材料按一定方式產(chǎn)生永久塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的零件。這一過程的實現(xiàn)是通過模具對工件的法向接觸力和切向摩擦力來完成的。因此薄板及薄殼的成形過程是多因素藕合交互作用的復雜物理過程，涉及力學的三大非線性問題:幾何非線性，即坯料在成形過程中產(chǎn)生的

11、大位移、大轉動或大變形;物理非線性，即材料非線性;邊界非線性，即模具與工件產(chǎn)生的接觸摩擦引起的非線性關系35，36。這使得試驗研究方法難以對復雜成形過程進行定量分析;同時使得解析方法用于板殼成形過程分析時需要進行了大量的簡化，因此解析法往往只能滿足對簡單成形問題的分析，而對復雜成形過程的分析難以滿足工程精度的要求3v。目前應用最為廣泛和成熟的數(shù)值方法是在70年代興起，80年代獲得發(fā)展的有限元法，該方法已成功地應用于金屬體積成形、板料成形和注塑等工藝過程的分析中，一個完整的塑性成形有限元數(shù)值模擬流程如圖.隨著計算機技術和數(shù)值研究方法的不斷完善，利用有限元法可在計算模擬分析塑性加工時從坯料到制件的

12、成形過程，可以求出應力場、應變場、形所需的載荷和能量，可以給出成形過程中坯料幾何形狀、尺寸和性能變，預測缺陷的產(chǎn)生和分析質(zhì)量等。有限元法目前已成為研究塑性成形規(guī)材料變形行為及各種物理場的強有力的工具之一，并得到了廣泛的應用39書它在金屬塑性成形過程中主要應用于分析46:(l)材料變形和流動;(2度、應力、應變分布;(3)成形力;(4)破裂的預測;(5)失穩(wěn)起皺生與發(fā)展;(6)回彈量的預測;(7)殘余應力的分布。有限元數(shù)值模擬方法的優(yōu)點是:功能強，精度高，解決問題的范圍廣，以用不同形狀、不同大小和不同類型的單元來描述任意形狀的變形體，理適用于任意速度邊界條件，可以方便合理地描述模具形狀，處理坯料

13、與模的摩擦，考慮材料硬化效應、溫度等各種工藝參數(shù)對成形過程的影響，可得成形過程中任意時刻的力學信息和流動信息，預測缺陷的生成和擴展等，可在計算機上虛擬實現(xiàn)成形過程，反復演示、計算和優(yōu)化。對于不同的管彎曲成形過程，有限元方法是應用廣泛且較為有效的一種值分析萬法。Forde47運用商用軟件Marc對矩形截面管材的塑性彎曲過程進了分析，獲得了成形參數(shù)對起皺、外側塌陷、截面畸變的影響規(guī)律。文獻【建立了管熱彎成形過程的有限元分析模型，開發(fā)了專用的三維有限元程序，用于分析、預報管成形后的截面畸變情況。Yang腳采用PAM一sTAMP初步分了數(shù)控彎管過程，發(fā)現(xiàn)管坯與防皺塊之間的間隙是影響起皺的重要因素，而著

14、彎曲半徑的減小，截面畸變率和壁厚減薄率將會增大。文獻【501采用彈塑有限元法對管的純彎過程進行了分析，研究了極限彎矩與管壁局部變薄之間關系。文獻51一53對管的純彎過程進行了分析。但有關薄壁管數(shù)控彎曲成形程的深入分析還未見報道。塑性有限元法可以分為兩類:一類是固體型有限元法，另一類是流動型限元法。固體型有限元法包括彈塑性有限元法與彈粘塑性有限元法。此類有元法采用方程Prandtl一ReusS作為本構方程，求解單元節(jié)點的位移增量。流動有限元法包括剛塑性有限元法和剛粘塑性有限元法。剛塑性有限元法的本構系采用Levy一Mises方程，將單元節(jié)點速度增量作為求解列陣。能量準則預測失穩(wěn)起皺主要考慮成形過

15、程中應力場分布。由于彈塑性和岡L塑性有限元獲得的板殼彎曲成形過程中應力場基本一致，因此為兼顧計算精度和計算效率，本文基于剛塑性有限元原理開發(fā)了薄壁管數(shù)控彎曲成形過程的三維數(shù)值模擬系統(tǒng)，獲得了成形過程中應力和應變場的分布規(guī)律，從而為深入了解其成形機理提供了依據(jù);并以此為基礎預測起皺現(xiàn)象的發(fā)生，分析成形參數(shù)對起皺的影響，最終獲得其成形極限。成形過程，預測失穩(wěn)起皺的產(chǎn)生，定量分析工藝及模具參數(shù)對失穩(wěn)起皺產(chǎn)生的影響并對參數(shù)進行優(yōu)化，不僅在理論研究方面有重大意義，而且在航空、航天等工業(yè)領域管彎曲加的工實際生產(chǎn)應用中也具有重要價值。起皺能量預測準則和剛塑性有限元法能夠同時兼顧計算精度和計算效率，因此基于能

16、量準則的數(shù)值預測方法，即采用剛塑性有限元數(shù)值模擬與最小能量原理相結合可以實現(xiàn)對薄壁管數(shù)控精確彎曲成形過程中失穩(wěn)起皺現(xiàn)象的有效預測。綜上所述，本文對薄壁管數(shù)控彎曲成形過程中起皺現(xiàn)象的數(shù)值預測開展系統(tǒng)深入研究。*其目的在于探明管精密彎曲成形規(guī)律，預測成形極限，為確定最佳成形工藝參數(shù)以避免成形過程中出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，獲得優(yōu)質(zhì)的彎管零件提供理論依據(jù);從而大大減少試生產(chǎn)次數(shù)，降低設計成本，縮短設計周期，高效低耗地實現(xiàn)薄壁管的精密彎曲成形過程。本文的主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:(l)建立薄壁管數(shù)控彎曲成形過程中失穩(wěn)起皺分析的殼體模型;根據(jù)實際的薄壁管起皺波形建立合理的波形函數(shù);基于最小能量原理和板殼彎曲理論

17、推導相應的起皺能量預測準則。(2)針對薄壁管數(shù)控精確彎曲成形過程建立符合實際的三維有限元力學模型;對有限元模擬中的關鍵技術進行系統(tǒng)深入的研究，解決其中單元選取、模具型腔描述、動態(tài)邊界條件處理、摩擦條件選取及模擬計算后處理等問題。(3)開發(fā)基于三維剛塑性有限元數(shù)值模擬及起皺能量預測準則的薄壁管數(shù)控彎曲成形過程起皺預測系統(tǒng)TBWS一3D;驗證模擬結果的有效性和可靠性。(4)采用自主開發(fā)的面向薄壁管數(shù)控彎曲成形過程的三維有限元數(shù)值模擬系統(tǒng)研究管坯在彎曲成形過程中應力和應變場的分布規(guī)律、塑性變形區(qū)分布規(guī)律、塑性成形能與起皺能比值的變化規(guī)律，為深入了解其成形機理提供理論依據(jù)。第一章緒論(5)采用自主開發(fā)

18、的數(shù)值預測系統(tǒng)對薄壁管數(shù)控彎曲成形過程中的起皺現(xiàn)象進行研究，揭示成形參數(shù)對薄壁管由起皺決定的最小彎曲半徑一成形極限的影響規(guī)律，為薄壁管數(shù)控彎曲精確成形過程中實現(xiàn)成形參數(shù)的確定和優(yōu)化創(chuàng)造條件。隨著塑性變形理論、數(shù)值計算方法和計算機技術的不斷發(fā)展，采用有限元理論預測板料加工過程中起皺分叉點的方法得到了越來越廣泛的重視和應用。國內(nèi)外已先后開發(fā)出許多相關的商用軟件，如Marc、Ansys和Abaqus等。它們都具有起皺預測及過程模擬的功能。但它們均采用基于分叉理論的動態(tài)預測方法，這使得起皺預測結果的可靠性在很大程度上依賴于操作人員對有限元數(shù)值計算及其它相關知識的了解程度，因此生產(chǎn)部門目前很難應用上述的

19、商用軟件對實際成形過程中的起皺現(xiàn)象進行建模和分析。本章以前幾章的理論為基礎，研究和自主開發(fā)了專用于薄壁管數(shù)控彎曲成形過程的三維有限元起皺數(shù)值預測系統(tǒng)TBWS一3D。該系統(tǒng)交互性好，不需要操作人員熟悉相關的有限元知識。此外該系統(tǒng)采用模塊化設計，具有較好的可移植性、可維護性和可擴展性。本系統(tǒng)采用結構化程序設計方法，考慮到軟件維護、開發(fā)和使用方便性的需要，該系統(tǒng)界面友好，具有開放性，模塊功能可擴充。程序在Visua1C什平臺上采用C語言編寫。系統(tǒng)具有以下的功能:(l)管坯初始網(wǎng)格的自動生成;(2)初始速度場的自動生成;(3)初始邊界約束條件的自動施加;(4)剛塑性有限元求解;(5)變形體網(wǎng)格的二維、

20、三維顯示;一6分一第五章薄壁管數(shù)控彎曲成形過程起皺預測系統(tǒng)的研究與開發(fā)(6)場變量等值線的繪制;(7)起皺的實時監(jiān)控和預測;(8)臨時文件的生成，以便程序在非正常中斷時能繼續(xù)進行計算;5.3模擬系統(tǒng)的結構與組成系統(tǒng)采用模塊化結構。整個系統(tǒng)由五個主要模塊組成，包括系統(tǒng)管理模塊和四個主要功能模塊。這四個主要功能模塊為:前處理模塊、三維有限元分析模塊、起皺實時監(jiān)控與預測模塊和后處理模塊。整個系統(tǒng)的結構如圖5.1所示。各功能模塊負責處理各類具體問題，它們之間彼此相互獨立，既可以在管理模塊控制下運行，也可以單獨運行。主要功能模塊有多個子功能模塊組成，每個子功能模塊又包含若干個子程序，某些子程序可為多個子

21、功能模塊共用。此系統(tǒng)結構不僅便于管理、維護和開發(fā)，而且系統(tǒng)的層次分明、流程清晰。起皺預測模塊主要功能是根據(jù)有限元計算結果獲得管坯在每一成形加載步中彎曲部分的塑性變形區(qū)，并計算該加載步長下管彎曲失穩(wěn)起皺所需的能量砰與穩(wěn)定成形的塑性變形能T;再將兩個能量進行比較:若T之砰則表明管坯在該加載步發(fā)生失穩(wěn)起皺，此時預測模塊發(fā)出起皺警報，并退出有限元模擬過程，否則繼續(xù)有限元計算。起皺預測模塊結構流程如圖5.5所示。5.4系統(tǒng)的檢驗本文對所開發(fā)的三維有限元數(shù)值模擬及起皺數(shù)值預測系統(tǒng)TBWS一3D的適用性和可靠性從管坯彎曲成形壁厚減薄量及起皺預測結果兩方面進行了初步驗證。試驗結果來自文獻95。管坯壁厚減薄量驗

22、證的試驗和計算條件為: 試驗結果與數(shù)值預測結果的比較如圖5.7所示。其中，實心點為有限元系統(tǒng)預測的管坯成形壁厚減薄量;空心點表示試驗獲得的壁厚減薄量。結果表明預測結果與試驗值較吻合。管坯起皺預測驗證的試驗和計算條件為:飛西北工業(yè)大學博士學位論文圖5.7壁厚減薄率預測結果與試驗值的比較管坯材料為LFZIM，變形抗力模型為廳=184護35497l，彈性模量E=7l000MPa，管坯材料的本構方程由管壓縮性能試驗獲得98;模擬時彎曲模數(shù)值預測系統(tǒng)的起皺預測結果與試驗結果比較如圖5.8所示。其中，空心圓點表示有限元起皺預測系統(tǒng)預測起皺的管坯，而實心圓點表示預測系統(tǒng)預測不起皺的管坯。由于管坯最小彎曲半徑

23、的捕捉需要大量的數(shù)值計算，很難直接采用數(shù)值法進行預測，因此本文采用通過實心和空心點之間區(qū)域的虛線表示管坯最小彎曲半徑。圖5.8同時給出了本文第四章提出的解析法所獲得的管坯最小彎曲半徑，以三角形點表示;還給出了國際上目前可見到的預測管坯最小彎曲半徑的解析結果34l，以菱形點表示。結果表明數(shù)值預測結果是三種結果中與試驗值最為接近的，目前是符合最好的結果。解析預測結果與試驗結果的偏差都很大，而文獻34的預測結果與試驗結果的偏差最為明顯。然而，數(shù)值預測結果與試驗結果仍存在一定誤差，其誤差是由于試驗條件一7倉一第五章薄壁管數(shù)控彎曲成形過程起皺預測系統(tǒng)的研究與開發(fā)與計算條件不完全相同引起的，還可能是由于實

24、際試驗結果一般取值偏于安全引起的，也可能是數(shù)值預測模型考慮得還不夠精確引起的。本文的解析法預測結果與試驗結果相比偏大，這主要是由于在求解壓應力場時引入了平面應變的假設，而且不像本文提出的數(shù)值預測方法能考慮加工速度、摩擦等因素對管坯彎曲成形的影響。而文獻【34的解析法預測結果偏大，除了上述原因外，還由于所提出的描述起皺波形的函數(shù)不符合大口徑、薄壁管坯彎曲起皺的實際情況引起的。綜上所述，本文研發(fā)的數(shù)值預測系統(tǒng)TBWS一3D預測的管坯壁厚減薄量與試驗值吻合較好，失穩(wěn)起皺的預測結果是目前與試驗結果吻合最好的。因此，本文所建立的數(shù)值預測模型、方法和所開發(fā)的系統(tǒng)是正確的、適用的，預測結果是相對可靠的。5.

25、5本章小結在前幾章介紹的有限元法基本原理、有限元關鍵技術處理以及起皺預測準則一71一西北工業(yè)大學博士學位論文的基礎之上本文研究開發(fā)了基于有限元數(shù)值模擬方法的薄壁管數(shù)控彎曲成形過程起皺數(shù)值預測系統(tǒng);介紹了系統(tǒng)的主要特點、功能與結構，并給出了主要功能模塊的流程圖。同時本章從起皺預測及壁厚變化量兩個方面驗證了所開發(fā)的有限元系統(tǒng)和起皺數(shù)值預測準則的可靠性。第六章薄壁管數(shù)控彎曲成形過程變形特點研究6.1引言薄壁管數(shù)控精確彎曲成形過程是復雜的變形過程，成形過程的成形特點，包括在彎曲成形過程中坯料的變形、等效應變分布規(guī)律、切向應力分布規(guī)律以及塑性區(qū)的變化規(guī)律，都與成形過程中出現(xiàn)失穩(wěn)起皺有關。因此要實現(xiàn)對成形

26、過程中失穩(wěn)起皺預測以有效控制彎管件成形質(zhì)量，必須采用有效手段研究管數(shù)控彎曲成形過程的變形特點。本章在第二、三、四章的基礎之上，采用自主開發(fā)的薄壁管數(shù)控彎曲起皺數(shù)值預測系統(tǒng)TBWS一3D對成形過程中管坯變形網(wǎng)格、應力分布、應變分布、塑性變形區(qū)分布、起皺能與塑性變形能比值變化規(guī)律進行了系統(tǒng)深入的研究。異形管材液壓成型關鍵技術研究，2003碩士論文 摘錄因此，我國在異形管件液壓DN形研究的薄弱點在于：1尚未很好采用國外成熟的管件成形模擬仿真軟件對其成形過程進行全面的數(shù)值模擬仿真；2沒有與之匹配的完備實驗臺對理論分析進行較全面的實驗驗證研究；3沒有得出各種工藝因素對其成形過程的影響規(guī)律，進而缺乏對工藝

27、參數(shù)進行優(yōu)化與控制；4.未能合理有效的控制成形工藝過程，工藝穩(wěn)定性差，難以獲得良好的異形管件。1.4研究內(nèi)容及目的1塑性有限元法（Dynaform或DEFORM軟件）對異形管件液壓成形過程進行模擬仿真。由于異形管件的成形是在管坯內(nèi)部施加軸向壓力，外部承受模具的壓力，受力狀態(tài)復雜，再加上在成形過程中必然存在的較高應變硬化現(xiàn)象，因而如果工藝控制不當就會出現(xiàn)折彎、起皺、破裂等缺陷。僅靠傳統(tǒng)的解析法力學分析，不能得到滿意的結果。采用Dynaform或DEFORM有限元軟件可以分析管材在不同內(nèi)壓、不同軸向壓力、以及其他不同邊界條件（如摩擦）作用下的成形規(guī)律，異形管件成形載荷、成形應力、應變分布規(guī)律等全面

28、信息。進而獲得不同材料的管材成形極限圖、管材端部縮進距離、液壓成形內(nèi)壓力的大小和變化規(guī)律等，為模具、液壓系統(tǒng)控制和實驗臺的設計與制造提供理論依據(jù)。2優(yōu)化工藝參數(shù)。通過上述模擬仿真優(yōu)選管材材料、優(yōu)化管坯直徑、壁厚以及直徑與壁厚比，進而達到優(yōu)化管件重量的目的，確定出最佳工藝方案。通過對異形管件液壓成形過程進行塑性有限元模擬仿真和實驗研究，達到如下目標：1獲得部分國產(chǎn)管材液壓成形性能，異徑管件液壓成形過程載荷變化規(guī)律、應力應變分布規(guī)律、成形極限大小、缺陷形成機理等基礎數(shù)據(jù)和相關規(guī)律；2優(yōu)化異徑管液壓成形工藝參數(shù)，確定最佳工藝方案；1.5研究的可行性異形管件液壓成形技術在國外（特別是在德國）已經(jīng)進行了較為深入的研究，并取得了很多成果，許多異形管件的液壓成形工藝已成功應用于實際生產(chǎn)，前景看好。近兩年德國、美國、日本等國家采用DYNAFORM、DEFORM等軟件分析異形管件的成功實例，國外實驗臺的成功建立，表明：借助國外成熟的有限元模擬軟件與自行研制實驗臺相結合對異形管件液壓成形技術進行研究，在技術上是可行的。目前模具實驗室擁有UG，Pro/E等適宜于異形管件產(chǎn)品的CAD造型軟件，同時擁有適于異形管件液壓成形模擬仿真的有限元分析軟件（DYNAFORM、DEFORM等