管形件塑性成形过程有限元模拟研究

摘要

管形件已广泛应用于航空航天、管路管道、石油化工、轻工、交通运输及日常生活用品等工业部门中，管形件塑性加工是对管坯通过各种塑性加工手段制成管形零件的加工技术。由于管形件塑性加工是指对管坯的二次加工，因此管形件塑性加工属于管坯深加工技术的范畴。 本文简要介绍了管形件成形的方法及有限元模拟在塑性成形中的应用，针对20钢管坯胀形的问题，建立有限元模型，采用有限元模拟软件DYNAFORM，对典型的管形件三通管成形过程进行了模拟，分析了不同的应力应变及各种工艺参数对胀形成形的影响，主要分析了反压力、内压力、两端轴向进给量、厚向异性系数、摩擦系数、圆角半径等对胀形的高度、壁厚的影响。找出其中的规律性，并对其原因进行分析。 由于管形件胀形时变形量较大，各个参数的影响相对复杂，仅仅通过三通管很难说明这些参数变化的规律性，因此又通过对多通管自行车中接头进行模拟，分析内压力、两端轴向进给量及各个参数的影响规律，通过与三通管中各个参数进行比较，优化模拟参数，然后用优化后的模拟参数重新对三通管和中接头进行有限元模拟。 通过分析比较，得到了较为合理的20钢的模拟参数，并用优化的模拟参数对等径四通管进行模拟，验证各个模拟参数的正确性。

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第一章绪论

1.1管形件塑性加工概述

1.2管形件胀形加工

1.2.1自然胀形

1.2.2机械胀形法

1.2.3橡胶胀形法

1.2.4液压胀形法

1.3国内外研究及应用状况

1.4有限元数值模拟技术的发展与应用

1.5本文研究内容

第二章弹塑性有限元基本原理

2.1有限应变与有限应力分析

2.1.1有限变形的应变张量

2.1.2有限变形的应力张量

2.1.3几何非线性有限元方程的建立

2.2板料成形仿真

2.3各向异性材料模型

2.3.1厚向各向异性屈服准则

2.3.2面内各向异性屈服准则

2.3.3几何非线性板壳有限元方程的建立

2.3.5动力显式算法

2.4本章小结

第三章三通管胀形的有限元模拟研究

3.1引言

3.2有限元模型的建立

3.3胀形成形力对三通管成形的作用

3.3.1反压力的影响

3.3.2内压力对胀形的影响

3.3.3两端进给量对胀形的影响

3.3.4材料的厚向异性系数对胀形的影响：

3.3.5摩擦系数对胀形的影响：

3.3.6模具的圆角半径对胀形的影响

3.4三通管模拟结果与实验结果对比

3.5本章小结

第四章自行车中接头胀形的有限元模拟研究

4.1自行车中接头胀形有限元模型建立

4.2中接头胀形有限元模拟验证

4.3内压力对中接头胀形壁厚的影响

4.4进给量对中接头胀形壁厚的影响

4.5摩擦系数对中接头胀形壁厚的影响

4.6厚向异性系数对中接头胀形壁厚的影响

4.7本章小结

第五章有限元模拟参数优化及应用分析

结论

参考文献

在学期间公开发表论文情况

致谢