板带不均匀压下面内弯曲过程失稳起皱与参数优化的研究

摘要

该文围绕失稳起皱和工艺参数优化这两个需要迫切解决的问题,采用实验研究、理论解析和数值模拟相结合的方法,对这一成形过程展开了深入的研究,得出了如下主要结果:(1)研究发现了轧制正应力和切向正应力的分布规律:在接触面上,轧制正应力和切向正应力沿宽度方向从外缘向内缘近似呈线性减小趋势,并分别在最外缘和最内缘达到最大和最小值;沿轧制方向,随着变形量的增大呈先轻微增大后逐渐减小的趋势,轧制出口处达到最小值,甚至出现拉应力;在纵向截面,轧制正应力与切向正应力沿轧制方向随着变形量增大呈先轻微增大后减小的趋势,沿厚度方向变化不大.研究揭示了实际加载楔角、接触变形区宽度、材料性能参数和摩擦因子对总功率、总轧制力、平均轧制力以及轧制力距的影响规律:实际加载楔角、接触变形区宽度和强化系数对力能参数的影响都是近似线性增大的趋势;硬化指数增大则力能参数轻微减小;摩擦因子对力能参数的影响不明显.(2)揭示了板带不均匀压下面内弯曲成形过程基于能量原理的失稳起皱机理,提出了统一的描述内外缘起皱波形的函数,采用变分法推导了服从该波形函数的内外缘起皱能,建立了统一的起皱预测准则;将新建立的统一的起皱预测准则引入到数值模拟系统IBS中,数值预测结果与实验结果的吻合较好;分析了成形过程各参数对起皱的影响规律:随着接触变形区宽度的逐渐增大,先是发生外缘起皱,然后发生内缘起皱,进而才出现稳定成形;随着实际加载楔角的增大,先是发生内缘起皱,然后发生稳定成形,进而出现外缘起皱;硬化指数和强化系数增大,易于稳定成形;摩擦因子对起皱的影响不明显;而且接触变形区宽度对起皱的影响最大.(3)确定了工艺参数优化的优化目标、设计变量、约束条件,建立了工艺参数优化的数学模型;提出了采用复合形法与黄金分割法相结合的优化方案,开发了工艺参数优化系统,采用实验方法对工艺参数优化系统的可靠性进行了验证.该研究为板带面内弯曲成形过程优化工艺参数确定和成形过程精确控制打下了基础.该文的研究成果不仅可以进一步完善板带不均匀压下面内弯曲理论与丰富薄壁件的失稳起皱理论,而且可以为这一先进塑性加工技术的推广应用提供理论基础,也可以为其它先进塑性加工技术研究和开发提供新思路.

目录

文摘

英文文摘

本文的主要创新与贡献

第1章绪论

1.1引言

1.2文献综述

1.2.1板带不均匀压下面内弯曲成形技术的发展概况

1.2.2板带不均匀压下面内弯曲过程力能参数的研究现状

1.2.3板带不均匀压下面内弯曲过程失稳起皱的研究现状

1.2.4板带不均匀压下面内弯曲过程工艺参数优化的研究现状

1.3本文选题的背景与意义

1.4本文的主要研究内容

第2章板带不均匀压下面内弯曲过程的基本理论及研究方法

2.1引言

2.2板带不均匀压下面内弯曲过程的基本理论

2.2.1变形过程

2.2.2变形区的几何模型

2.2.3变形协调机理

2.3板带不均匀压下面内弯曲过程的研究方法

2.3.1成形过程的实验研究方法

2.3.2成形过程的刚塑性有限元研究方法

2.4本章小结

第3章板带不均匀压下面内弯曲过程力能参数的研究

3.1引言

3.2力能参数的计算方法

3.3不同截面轧制应力的分布规律

3.3.1接触面轧制正应力和切向正应力的分布规律

3.3.2纵向截面轧制正应力和切向正应力的分布规律

3.4各参数对力能参数的影响规律

3.4.1几何参数对力能参数的影响规律

3.4.2材料参数对力能参数的影响规律

3.4.3摩擦因子对力能参数的影响规律

3.5结果可靠性说明

3.6本章小结

第4章板带不均匀压下面内弯曲过程失稳起皱的研究

4.1引言

4.2能量法起皱机理的描述和起皱判断准则的建立

4.2.1能量法起皱机理的描述

4.2.2统一的内外缘起皱预测准则的提出

4.3统一的起皱波形函数的建立

4.3.1基本假设

4.3.2统一的起皱波形函数的提出

4.4统一的起皱预测准则的实现

4.4.1内外缘起皱能的推导

4.4.2相关参数的求解

4.4.3统一的起皱预测准则的建立

4.5与实验结果的对比

4.6各参数对起皱的影响

4.6.1几何参数对起皱的影响

4.6.2材料参数对起皱的影响

4.6.3摩擦因子对起皱的影响

4.7本章小结

第5章板带不均匀压下面内弯曲过程工艺参数优化的研究

5.1引言

5.2板带不均匀压下面内弯曲过程工艺参数优化的提出

5.2.1板带不均匀压下面内弯曲过程的复杂性

5.2.2成形过程工艺参数优化思想

5.3工艺参数优化模型的建立

5.3.1设计变量的选取

5.3.2目标函数的选择

5.3.3约束条件的确定

5.3.4最优化设计的数学模型

5.4工艺参数优化系统的开发

5.4.1工艺参数优化方案的选取

5.4.2工艺参数优化原理和优化步骤

5.4.3工艺参数优化方案的程序框图

5.5优化的应用及实验验证

5.6本章小结

结论

参考文献

致谢

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