管材液压胀形成形极限图构建方法的研究

摘要

管材液压胀形成形极限图是一种定量评价管材液压胀形成形性能的方法,能反映管材液压胀形过程中胀形区达到破裂时的极限应变状态值。管材液压胀形成形极限图受应变路径等因素的影响而使得几何形状不稳定。因此,如何构建管材液压胀形成形极限图,并分析不同应变路径下的管材液压胀形成形极限图的结构特点,揭示应变路径对其影响规律是需要研究的问题。
　　本课题通过理论分析、管材液压胀形极限破裂试验及数值仿真分析三者相结合的方法研究了管材液压胀形过程中胀形区单元体的变形行为,胀形区中截面潜在破裂节点与其相邻节点的等效应变速率变化情况,应变路径对管材液压胀形成形极限图的影响规律。具体研究内容为:(1)分析了管材液压胀形变形条件及胀形区的应力应变情况,通过理论计算出了管材液压胀形的极限载荷值。(2)建立了管材液压胀形系统的有限元模型,验证了有限元模型对中截面形状尺寸的计算精度和模拟失效的准确性。(3)提出了一种基于应变速率变化准则来构建管材液压胀形成形极限图的方法,并通过试验研究进行了验证,构建了管材液压胀形成形极限图。(4)揭示了应变路径的改变对管材液压胀形成形极限图的影响规律,论证了管材液压胀形成形极限图会随着应变路径的改变而具有不同的几何形状,会产生漂移现象。
　　研究结果表明:(1)在同时受到轴向推力和内压力时,管材液压胀形通过改变轴向推力与内压力之间的匹配关系,可以得到不同的极限载荷的特性曲线。利用管材液压胀形过程中内压力与瞬时管材最大半径之间的关系,管材液压胀形过程中内压力与管材变形程度的关系作为评价指标,对管材液压胀形的成形性能做了定量的评价。(2)从管材胀形区中截面模拟结果与试验结果对比、管材达到破裂失效时的极限应变状态值对比和胀形区中截面节点的应变路径对比三方面,论证了有限元模型对中截面形状尺寸的计算精度和模拟失效的准确性。(3)通过数值仿真结果和试验研究结果一致证明,当管材液压胀形区中截面某节点与其相邻节点的应变速率值相差100倍左右时,管材就会发生破裂。通过提取临界应变速率下对应时刻的极限应变状态值并描绘到以管材轴向应变和环向应变为横纵坐标的坐标系中,构建了管材液压胀形成形极限图。(4)揭示了应变路径的影响规律:管材液压胀形成形极限图会随着应变路径的改变而具有不同的几何形状,会产生漂移现象。如果分段应变路径中的初始应变路径为单向拉伸,则管材液压胀形成形极限图向左上方移动,如果分段应变路径中的初始应变路径为等双向拉伸,则管材液压胀形成形极限图向右下方移动。
　　本课题研究成果提供了一种构建管材液压胀形成形极限图的方法,揭示了应变路径的改变对管材液压胀形成形极限图的影响规律,对其他管材胀形方法的成形极限图具有一定的借鉴和指导作用。

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第一章 绪论

§1.1 管材液压胀形工艺简介

§1.2 管材液压胀形成形极限图

§1.3 课题来源及研究内容

§1.4 研究方案及技术路线

§1.5 本章小结

第二章 管材液压胀形成形极限理论分析

§2.1 前言

§2.2 管材液压胀形工艺中的失效形式分析

§2.3 管材液压胀形工艺中的均匀变形阶段

§2.4 管材液压胀形工艺中的塑性失稳阶段

§2.5 本章小结

第三章 管材液压胀形有限元建模及其可靠性分析

§3.1 前言

§3.2 管材液压胀形数值仿真分析的基本问题

§3.3 数值模拟软件DYNAFORM

§3.4 管材液压胀形数值仿真模型的建立

§3.5 数值仿真模型计算精度的分析

§3.6 本章小结

第四章 基于应变速率变化准则构建管材液压胀形成形极限图

§4.1 前言

§4.2 应变速率变化准则的描述

§4.3 利用数值仿真结果构建管材液压胀形成形极限图

§4.4 实验验证分析

§4.5 本章小结

第五章 应变路径对管材液压胀形成形极限图的影响规律研究

§5.1 前言

§5.2 管材液压胀形中的加载路径分类

§5.3 管材液压胀形过程中的应变路径分类

§5.4 不同应变路径下的管材液压胀形成形极限图

§5.5 不同应变路径下的管材液压胀形实验

§5.6 本章小结

第六章 结论与展望

§6.1 结论

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果