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北京航空航天大学学报:基于自由胀形的弯曲管材变形行为

2020-05-28
摘要:随着制造业轻量化的发展趋势,复杂弯曲异形充液成形管件的应用日益广泛。为了更好地研究弯曲异形复杂管件在充液成形过程中的变形规律,进行可靠的工艺设计,本文通过结合薄膜理论和塑性变形理论对弯曲管件在自由胀形状态下的应力应变进行了理论解析,并通过有限元(FE)分析对理论计算模型进行了验证。

  摘 要: 随着制造业轻量化的发展趋势,复杂弯曲异形充液成形管件的应用日益广泛。为了更好地研究弯曲异形复杂管件在充液成形过程中的变形规律,进行可靠的工艺设计,本文通过结合薄膜理论和塑性变形理论对弯曲管件在自由胀形状态下的应力应变进行了理论解析,并通过有限元(FE)分析对理论计算模型进行了验证。

  FE分析结果与理论模型基本吻合。同时分析了管材在绕弯过程的硬化行为,并探索了在不同的弯曲硬化状态下弯曲管材在自由胀形过程下的破裂位置的规律,并且用实验进行了验证,实验结果与FE分析结果吻合。

  薄壁弯曲类管对准航空航天、汽车、石油管道和电力系统等领域有着广泛的应用。随着近年来环境日益恶化和资源的枯竭,节能减排的面求为制造业的发展提出了更高的要求,也是未来发展的主要趋势。管材充液成形技术是在节能减排的背景下发展起来的一新技术。与传统冲压成形相比具有减轻零件质量,材料利用率高、提高强度刚度与疲劳性能、降低生产成本、减少焊接数量等优势。

  航空、航天、汽车等工业中的复杂充液成形管件的成形通常包括管坯的制备、弯曲、预成形、充液成形,端面切割等工序。管材弯曲过程中,管材弯曲内侧通常受压增厚,弯曲外侧则受拉而减薄。而在充液成形过程中,由于侧推力的作用和管材贴模顺序的不可控导致变形程更无规律所循。在管材贴模之前对管材的应力分析通常不考虑厚向应力,认为管材处于平面应力状态,面当管材贴模后管材的厚向应力等于内压力,由于内压力、侧推力和摩擦力等的综合作用,使管材的变形行为更为复杂。相比板材的成形过程,复杂的变形历史和变形路径使管材的成形性能与失效分析更为困难。

  来源:《北京航空航天大学学报》2017年第7期

  作者:孔德帅, 郎利辉,阮尚文

  以下为正文:

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