金屬管材塑性彎曲成形機理研究及工藝參數(shù)優(yōu)化

第1章緒論

1.1引言

1.1.1研究背景

1.1.2管材塑性彎曲成形常見缺陷及預防

1.2管材塑性彎曲成形國內外研究現(xiàn)狀

1.2.1管材本構關系研究

1.2.2管材彎曲成形缺陷研究

1.2.3管材塑性彎曲成形質量預測技術

1.2.4管材塑性彎曲成形工藝參數(shù)優(yōu)化技術研究

1.3問題與缺陷

1.4本書研究內容與體系結構

1.4.1研究內容

1.4.2體系結構

本章小結

第2章管材塑性彎曲成形基礎理論研究

2.1引言

2.2管材力學性能分析

2.2.1管材本構關系描述

2.2.2管材力學性能參數(shù)分析

2.2.3管材力學性能參數(shù)確定

2.3管材塑性彎曲成形過程中的應力應變分析

2.3.1屈服準則

2.3.2基本假設

2.3.3應力狀態(tài)分析

2.3.4應變狀態(tài)分析

2.4管材塑性彎曲中性層位置分析

2.4.1應變中性層位置分析與計算

2.4.2應力中性層位置分析與計算

2.5管材塑性彎曲力矩計算

本章小結

第3章管材塑性彎曲成形質量的理論模型構建

3.1引言

3.2管材塑性彎曲回彈分析與計算

3.2.1管材塑性彎曲回彈分析

3.2.2回彈角度計算

3.2.3回彈半徑計算

3.3管材塑性彎曲橫截面畸變分析與計算

3.3.1管材塑性彎曲橫截面畸變分析

3.3.2管材塑性彎曲橫截面短軸變化率計算

3.3.3橫截面畸變約束的彎曲成形極限

3.4管材塑性彎曲壁厚變化分析與計算

3.4.1管材塑性彎曲壁厚變化分析

3.4.2管材塑性彎曲壁厚變化計算

3.4.3壁厚變化率約束的彎曲成形極限

3.5計算結果實例驗證

3.5.1回彈角度實例驗證

3.5.2橫截面畸變率實例驗證

3.5.3壁厚變化率實例驗證

本章小結

第4章管材塑性彎曲成形過程建模與質量預測

4.1引言

4.2管材塑性彎曲成形有限元建模

4.2.1管材數(shù)控彎曲成形工藝過程分析

4.2.2全參數(shù)化有限元建模方法

4.2.3管材數(shù)控彎曲成形過程建模

4.2.4有限元模型驗證

4.3管材塑性彎曲成形過程中的應力應變分布

4.3.1應力分布規(guī)律

4.3.2應變分布規(guī)律

4.4管材塑性彎曲成形質量預測與質量評價

4.4.1管材塑性彎曲成形質量預測

4.4.2管材塑性彎曲成形質量評價

4.4.3成形質量數(shù)據(jù)管理

本章小結

第5章管材彎曲成形工藝參數(shù)優(yōu)化

5.1引言

5.2管材彎曲成形影響因素及影響規(guī)律分析

5.2.1管材彎曲成形影響因素分析

5.2.2不可控因素對彎管成形性的影響

5.2.3可控因素對彎管成形性的影響

5.3工藝參數(shù)對彎管成形質量的顯著性分析

5.3.1工藝參數(shù)顯著性分析方法

5.3.2正交模擬試驗設計

5.3.3正交試驗結果分析

5.4管材彎曲工藝參數(shù)的多目標優(yōu)化

5.4.1管材彎曲工藝參數(shù)優(yōu)化模型

5.4.2工藝參數(shù)優(yōu)化策略及優(yōu)化方法

5.4.3彎管成形RBF神經網(wǎng)絡建模

5.4.4多目標優(yōu)化問題及求解方法

5.4.5基于粒子群算法的工藝參數(shù)優(yōu)化

5.5實例驗證與分析

本章小結

第6章管材彎曲成形質量預測系統(tǒng)開發(fā)與應用

6.1引言

6.2系統(tǒng)設計

6.2.1系統(tǒng)開發(fā)與運行環(huán)境

6.2.2系統(tǒng)開發(fā)模式

6.2.3系統(tǒng)功能結構

6.3系統(tǒng)集成與接口技術

6.4系統(tǒng)知識管理

6.4.1力學仿真工藝數(shù)據(jù)管理

6.4.2缺陷分析與經驗知識管理

6.5管材彎曲成形質量預測實例

6.5.1管材信息提取

6.5.2有限元全參數(shù)化建模

6.5.3成形質量預測與綜合評價

本章小結

第7章結論與展望

附錄主要符號表

參考文獻 2100433B

金屬管材已在航空航天、船舶、化工、汽車等高技術領域得到了廣泛應用。然而由于管材塑性彎曲成形是一個典型的非線性變形過程，影響因素錯綜復雜，彎曲成形后很容易產生回彈、截面畸變、外側壁厚變薄甚至開裂、內側壁厚增大甚至起皺等質量缺陷，嚴重影響彎管零件的裝配和使用?；诖?，本書主要從管材材料參數(shù)、彎管缺陷產生機理、彎管成形質量預測、工藝參數(shù)優(yōu)化等方面對彎管的成形過程進行深入分析和研究，以期對相關技術人員提供參考。

《金屬管材彎曲理論及成形缺陷分析》以管材彎曲的工程理論為主，結合彎管生產實踐系統(tǒng)地介紹了當前管材彎曲技術的發(fā)展與應用。同時，匯集了者在國家自然科學基金和國防基礎研究中的大量管材彎曲試驗、有限元分析結果，整理了者本人在國內外發(fā)表的50余篇管材彎曲研究論文（其中，EI、SCI檢索近40篇），引入滯后回彈的探討，并參考國內外相關科技資料，較為系統(tǒng)地研究了管材彎曲變形機理、彎曲過程中的應力應變分布，以及成形過程中各種類型缺陷的產生原因及預測、補償和控制方法。書中論述的部分研究結果和結論經過航空航天企業(yè)生產現(xiàn)場的初步驗證，修正后的結果具有相應的可實踐性。另外，書中還包括與另一位美籍華人學者Dr.DaiunZhou長期協(xié)作探討的共識，并且Dr.Zhou在管材彎曲有限元分析方面提出了許多頗有新意的見解并提供了一些具有參考意義的資料，使得《金屬管材彎曲理論及成形缺陷分析》具有較強的國際交流色彩，可與該領域的國際領先技術接軌。本作不僅可作為科研機構、理工科高等院校及大專院校師生的研究及教學參考資料，亦可作為工程實踐技術人員參考使用之典籍。

前 言

金屬塑性成形就是利用金屬的塑性，在工具及模具的外力作用下來加工制件的少切削或無切削的工藝方法。由于工藝本身的特點，它雖然有很長的發(fā)展歷史卻又在不斷的研究和創(chuàng)新之中，新工藝、新方法層出不窮。這些研究和創(chuàng)新的基本目的不外乎增加材料塑性、提高成形零件的精度及性能、降低變形力、增加模具使用壽命和節(jié)約能源等。而“塑性成形原理”正是實現(xiàn)這些目的的基礎理論知識；學習該課程的先修課程主要是“材料力學”和“金屬學”。

本書以編者多年從事該門學科的教學和科研為基礎，結合學科的新近研究成果并參考有關教材編寫而成。全書共分5章，另有緒論和附錄。主要內容介紹如下：在緒論中講述了金屬塑性成形的特點及其在國民經濟中的作用，金屬塑性加工的分類，金屬塑性成形原理課程的目的和任務，金屬塑性成形理論的發(fā)展概況；第1章講述金屬塑性成形的物理基礎；第2章在介紹塑性成形過程中應力分析、應變分析、屈服條件及應力、應變關系的同時，還對摩擦和潤滑做了較詳細的介紹；第3章主要介紹主應力法和工程計算法的基本原理和解題步驟；第4章對滑移線場理論做了較為詳細的論述，并結合實例介紹滑移線法的應用；第5章在介紹界限法基本概念的基礎上，著重闡述上限原理及其應用。為滿足教學及自學讀者自測的需要，每章都有習題和思考題，書末還附有金屬塑性成形原理實驗選編及部分該課程碩士研究生入學試題選編。本書主要作為普通高等院校及大專院校相關專業(yè)及模具設計制造培訓班的教材，也可供工廠企業(yè)、科研單位的工程技術人員參考。

本書緒論及第1章、第2章由閆洪教授編寫，第3章、第4章、第5章及附錄由周天瑞教授編寫。本書由南昌航空工業(yè)學院王高潮教授主審。在編寫過程中，得到了南昌大學楊雪春、邱映輝等教授的支持和幫助，在此深表感謝！

由于編者水平所限，書中的錯誤和疏漏之處在所難免，敬請讀者批評指正。

編 者

針對航空發(fā)動機、小型無人駕駛機對極小曲率半徑管的需求，提出了管材充液剪切彎曲成形新方法。新方法的特點是改變傳統(tǒng)彎曲工藝的外側受拉，內側受壓變形機制為剪切變形機制，解決了傳統(tǒng)彎曲工藝外側嚴重變薄甚至開裂而不能實現(xiàn)小曲率半徑彎曲的難題。通過向管內充入一定內壓的液體作為支撐，實時控制液體壓力、軸向力和剪切力來調整變形區(qū)的應力狀態(tài)，從而克服了采用芯棒支撐剪切彎曲成形時的內側起皺和橫截面畸變。以塑性力學為基礎，給出了充液剪切彎曲過程中剪應力、剪應變的解析式；采用數(shù)值模擬和實驗研究相結合的方法，系統(tǒng)研究了充液剪切彎曲過程中液體壓力、軸向力和剪切力共同作用下的應力應變及塑形變形行為。闡述了管材充液剪切彎曲的缺陷形成機制及臨界條件，揭示了管材不同部位在充液剪切彎曲時的塑性變形發(fā)生發(fā)展過程與應力、應變狀態(tài)變化、壁厚分布及微觀組織變化等規(guī)律。為了更加清楚的揭示充液剪切彎曲成形規(guī)律，驗證剪應力只在側面分布的假設，進一步抽象和簡化所研究的剪切彎曲模型，結合矩形管的應用背景，提出矩形管充液剪切彎曲成形新方法。開展了鋁合金矩形截面管充液剪切彎曲成形數(shù)值模擬和實驗研究，研究了矩形管充液剪切彎曲的缺陷形成機制及臨界條件，分析了內壓和補料比對缺陷產生的影響；揭示了矩形管不同部位在充液剪切彎曲時的塑性變形發(fā)生發(fā)展過程與應力、應變狀態(tài)變化、壁厚分布及微觀組織變化等規(guī)律。重新設計和制造了矩形截面管的模具，開展了矩形截面管充液剪切彎曲實驗，獲得了不同條件下的試件，采用網(wǎng)格應變測試技術，獲得了彎曲過程中塑形變形行為，為充液剪切彎曲過程中剪應力、剪應變的解析提供實驗驗證數(shù)據(jù)。通過對圓管和矩形管充液剪切彎曲成形規(guī)律的研究，為管材充液剪切彎曲成形奠定理論基礎。 2100433B