金屬管材彎曲理論及成形缺陷分析

第1章 金屬管材制造及其力學(xué)性能

1．1 管材的用途及其制造工藝

1．1．1 無(wú)縫金屬管的特點(diǎn)、分類(lèi)及其用途

1．1．2 金屬管材制造工藝簡(jiǎn)介

1．2 管材拉伸類(lèi)力學(xué)性能及研究

1．2．1 小直徑管材軸向拉伸試驗(yàn)

1．2．2 管材軸向拉伸的應(yīng)力應(yīng)變分析及其通解

1．2．3 管內(nèi)側(cè)壁無(wú)徑向位移的拉伸應(yīng)力應(yīng)變解析

1．2．4 管內(nèi)、外側(cè)壁均向心移動(dòng)的拉伸失穩(wěn)應(yīng)力解析

1．2．5 管內(nèi)、外側(cè)壁相向移動(dòng)的拉伸頸縮應(yīng)力解析

1．2．6 管材拉伸平面應(yīng)力解

1．2．7 管段環(huán)向拉伸試驗(yàn)及有限元分析

1．3 管材壓縮類(lèi)力學(xué)性能測(cè)試及研究

1．3．1 管材軸向壓縮試驗(yàn)

1．3．2 管段徑向壓縮試驗(yàn)

第2章 管材彎曲工藝、模具及設(shè)備

2．1 管材彎曲概述

2．1．1 彎管形構(gòu)件的用途及其未來(lái)的應(yīng)用前景

2．1．2 管材彎曲工藝及其特點(diǎn)

2．2 管材彎曲成形方法及分類(lèi)

2．2．1 管材常規(guī)無(wú)芯彎曲

2．2．2 管材填充彎曲

2．2．3 加熱彎曲

2．2．4 管材數(shù)控彎曲成形

2．2．5 特種彎管工藝簡(jiǎn)介

2．3 異形截面管及其彎曲

2．3．1 異形截面管的分類(lèi)、特點(diǎn)及用途

2．3．2 矩形截面管彎曲簡(jiǎn)介

2．3．3 異形截面管彎曲簡(jiǎn)介

2．4 彎曲模具及彎管機(jī)簡(jiǎn)介

2．4．1 回轉(zhuǎn)牽引彎曲模具簡(jiǎn)介

2．4．2 普通彎管機(jī)簡(jiǎn)介

2．4．3 數(shù)控彎管機(jī)簡(jiǎn)介

2．4．4 管形測(cè)量機(jī)及其應(yīng)用現(xiàn)狀

第3章 管材彎曲成形原理及其力學(xué)分析

3．1 管材彎曲成形原理

3．1．1 管材彎曲變形規(guī)律

3．1．2 管材的材料模型討論

3．1．3 管材彎曲力矩的近似解

3．2 管材彎曲應(yīng)力應(yīng)變分析

3．2．1 管材彎曲的簡(jiǎn)單應(yīng)力解（初等理論）

3．2．2 剛塑性管材彎曲平面應(yīng)變解

3．2．3 線(xiàn)性強(qiáng)化管材彎曲平面應(yīng)變解

3．2．4 冪強(qiáng)化管材彎曲的平面應(yīng)變解

3．3 管材回轉(zhuǎn)牽引彎曲剛塑性平面應(yīng)變分析

3．3．1 考慮彎模反力及附加拉力的應(yīng)力解析

3．3．2 彎曲變形分析

3．4 數(shù)控彎管附加拉力的分析

3．4．1 具有附加拉力管材彎曲的應(yīng)力解析

3．4．2 彎曲應(yīng)力分布的有限元分析

3．4．3 附加拉力對(duì)管材彎曲變形的影響

3．4．4 彎管附加拉力的控制

3．5 管材彎曲中性層分析

3．5．1 管材彎曲中性層的分類(lèi)及特點(diǎn)

3．5．2 彎管壁厚變化對(duì)應(yīng)變中性層位移的影響

3．6 矩形截面管塑性彎曲的近似分析

3．6．1 矩形截面管塑性彎曲應(yīng)力分析

3．6．2 矩形截面管彎曲變形分析

3．6．3 矩形截面管彎曲的有限元分析

3．7 管材彎曲成形性及影響因素

3．7．1 管材力學(xué)性能對(duì)彎曲成形性的影響

3．7．2 管材相對(duì)壁厚對(duì)彎曲成形性的影響

3．7．3 彎模間隙對(duì)彎曲成形性的影響

3．7．4 彎曲速度對(duì)彎曲成形性的影響

3．7．5 助推方式對(duì)彎曲成形性的影響

3．7．6 摩擦對(duì)彎曲成形性的影響

第4章 管材彎曲有限元模擬

4．1 有限元技術(shù)簡(jiǎn)要概述

4．1．1 有限元理論的發(fā)展

4．1．2 有限元模擬的基本思想和實(shí)施步驟

4．1．3 有限元模擬在管材彎曲中的應(yīng)用

4．2 管材彎曲有限元仿真前處理

4．2．1 管材彎曲CAD簡(jiǎn)化模型

4．2．2 網(wǎng)格劃分與單元技術(shù)

4．2．3 材料模型

4．2．4 接觸與摩擦

4．2．5 邊界條件及求解參數(shù)設(shè)置

4．3 管材彎曲有限元模型提交、運(yùn)算及后處理

4．3．1 管材彎曲求解描述及其算法

4．3．2 管材彎曲有限元仿真后處理

4．3．3 異形截面管彎曲的有限元模擬應(yīng)用實(shí)例

4．4 管材彎曲有限元仿真的現(xiàn)存問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)

第5章 管材彎曲成形缺陷的產(chǎn)生及預(yù)測(cè)和控制

5．1 彎曲成形質(zhì)量、缺陷及分類(lèi)

5．1．1 管材彎曲成形質(zhì)量

5．1．2 管材彎曲質(zhì)量缺陷及分類(lèi)

5．2 彎管壁厚變化及其預(yù)測(cè)

5．2．1 彎管壁厚變化的形成機(jī)制

5．2．2 彎管壁厚變薄及拉裂

5．2．3 彎管壁厚增厚及起皺

5．3 彎管橫截面扁平化畸變及其預(yù)測(cè)

5．3．1 彎管橫截面扁化畸變及其形成

5．3．2 彎管橫截面扁平化畸變分析

5．3．3 彎管橫截面扁化畸變的理論分析

5．3．4 變形條件對(duì)彎管橫截面畸變的影響

5．4 彎管回彈及其預(yù)測(cè)

5．4．1 管材彎曲回彈及其形成

5．4．2 線(xiàn)性強(qiáng)化管材彎曲回彈的簡(jiǎn)化解析

5．4．3 冪強(qiáng)化管材彎曲回彈的數(shù)值解

5．4．4 冪強(qiáng)化管材彎曲回彈的工程解

5．4．5 彎管橫截面畸變干涉的彎曲回彈解析

5．4．6 數(shù)控彎管中附加拉力及應(yīng)變中性層位移對(duì)彎曲回彈的影響

5．4．7 材料性能及變形條件對(duì)彎管回彈的影響

5．4．8 淺析滯后回彈現(xiàn)象及其起因

5．5 彎管成形缺陷的控制

5．5．1 彎管壁厚變化的控制

5．5．2 彎管橫截面畸變的控制

5．5．3 彎管回彈的預(yù)測(cè)及補(bǔ)償控制

第6章 管材彎曲成形性及成形極限

6．1 管材塑性彎曲成形極限分析

6．1．1 變形的塑性極限與塑性成形極限

6．1．2 管材彎曲成形性及成形極限

6．1．3 管材彎曲質(zhì)量對(duì)成形極限的約束

6．2 管材力學(xué)性能與彎曲成形極限

6．2．1 伸長(zhǎng)率與最小相對(duì)彎曲半徑

6．2．2 應(yīng)變強(qiáng)化系數(shù)與最小相對(duì)彎曲半徑

6．2．3 抗拉強(qiáng)度與最小相對(duì)彎曲半徑

6．3 彎管變形缺陷限制的工程彎曲成形極限

6．3．1 彎管壁厚變形對(duì)工程彎曲成形極限的制約

6．3．2 彎管橫截面扁化對(duì)工程彎曲成形極限的制約

6．3．3 彎管橫截面內(nèi)、外形畸變對(duì)工程彎曲成形極限的制約

6．3．4 彎管缺陷的關(guān)聯(lián)性與彎曲成形極限

第7章 管材彎曲研究的簡(jiǎn)單回顧、現(xiàn)狀及發(fā)展

7．1 管材彎曲理論及成形缺陷的研究

7．1．1 管材彎曲變形機(jī)理及有限元模擬的研究

7．1．2 彎管壁厚變化的研究

7．1．3 彎管橫截面扁化畸變的研究

7．1．4 彎管回彈的研究

7．2 管材彎曲工藝的研究

7．2．1 管材彎曲工藝方法的研究

7．2．2 管材彎曲工藝條件的研究

7．3 管材彎曲技術(shù)研究的發(fā)展

7．3．1 管材彎曲技術(shù)的發(fā)展方向

7．3．2 管材彎曲理論研究的發(fā)展方向

結(jié)束語(yǔ)

參考文獻(xiàn)

作者發(fā)表的與管材彎曲相關(guān)的論文及著作2100433B

《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(jié)合彎管生產(chǎn)實(shí)踐系統(tǒng)地介紹了當(dāng)前管材彎曲技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。同時(shí)，匯集了者在國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)防基礎(chǔ)研究中的大量管材彎曲試驗(yàn)、有限元分析結(jié)果，整理了者本人在國(guó)內(nèi)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(guó)內(nèi)外相關(guān)科技資料，較為系統(tǒng)地研究了管材彎曲變形機(jī)理、彎曲過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變分布，以及成形過(guò)程中各種類(lèi)型缺陷的產(chǎn)生原因及預(yù)測(cè)、補(bǔ)償和控制方法。書(shū)中論述的部分研究結(jié)果和結(jié)論經(jīng)過(guò)航空航天企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的初步驗(yàn)證，修正后的結(jié)果具有相應(yīng)的可實(shí)踐性。另外，書(shū)中還包括與另一位美籍華人學(xué)者Dr.DaiunZhou長(zhǎng)期協(xié)作探討的共識(shí)，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(jiàn)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(qiáng)的國(guó)際交流色彩，可與該領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)接軌。本作不僅可作為科研機(jī)構(gòu)、理工科高等院校及大專(zhuān)院校師生的研究及教學(xué)參考資料，亦可作為工程實(shí)踐技術(shù)人員參考使用之典籍。

金屬管材已在航空航天、船舶、化工、汽車(chē)等高技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而由于管材塑性彎曲成形是一個(gè)典型的非線(xiàn)性變形過(guò)程，影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，彎曲成形后很容易產(chǎn)生回彈、截面畸變、外側(cè)壁厚變薄甚至開(kāi)裂、內(nèi)側(cè)壁厚增大甚至起皺等質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重影響彎管零件的裝配和使用?；诖?，本書(shū)主要從管材材料參數(shù)、彎管缺陷產(chǎn)生機(jī)理、彎管成形質(zhì)量預(yù)測(cè)、工藝參數(shù)優(yōu)化等方面對(duì)彎管的成形過(guò)程進(jìn)行深入分析和研究，以期對(duì)相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

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(jiàn)缺陷及預(yù)防

1.2管材塑性彎曲成形國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.2.1管材本構(gòu)關(guān)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(zhì)量預(yù)測(cè)技術(shù)

1.2.4管材塑性彎曲成形工藝參數(shù)優(yōu)化技術(shù)研究

1.3問(wèn)題與缺陷

1.4本書(shū)研究?jī)?nèi)容與體系結(jié)構(gòu)

1.4.1研究?jī)?nèi)容

1.4.2體系結(jié)構(gòu)

本章小結(jié)

第2章管材塑性彎曲成形基礎(chǔ)理論研究

2.1引言

2.2管材力學(xué)性能分析

2.2.1管材本構(gòu)關(guān)系描述

2.2.2管材力學(xué)性能參數(shù)分析

2.2.3管材力學(xué)性能參數(shù)確定

2.3管材塑性彎曲成形過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變分析

2.3.1屈服準(zhǔn)則

2.3.2基本假設(shè)

2.3.3應(yīng)力狀態(tài)分析

2.3.4應(yīng)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(yīng)變中性層位置分析與計(jì)算

2.4.2應(yīng)力中性層位置分析與計(jì)算

2.5管材塑性彎曲力矩計(jì)算

本章小結(jié)

第3章管材塑性彎曲成形質(zhì)量的理論模型構(gòu)建

3.1引言

3.2管材塑性彎曲回彈分析與計(jì)算

3.2.1管材塑性彎曲回彈分析

3.2.2回彈角度計(jì)算

3.2.3回彈半徑計(jì)算

3.3管材塑性彎曲橫截面畸變分析與計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算

3.4.3壁厚變化率約束的彎曲成形極限

3.5計(jì)算結(jié)果實(shí)例驗(yàn)證

3.5.1回彈角度實(shí)例驗(yàn)證

3.5.2橫截面畸變率實(shí)例驗(yàn)證

3.5.3壁厚變化率實(shí)例驗(yàn)證

本章小結(jié)

第4章管材塑性彎曲成形過(guò)程建模與質(zhì)量預(yù)測(cè)

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(guò)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(guò)程建模

4.2.4有限元模型驗(yàn)證

4.3管材塑性彎曲成形過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變分布

4.3.1應(yīng)力分布規(guī)律

4.3.2應(yīng)變分布規(guī)律

4.4管材塑性彎曲成形質(zhì)量預(yù)測(cè)與質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.4.1管材塑性彎曲成形質(zhì)量預(yù)測(cè)

4.4.2管材塑性彎曲成形質(zhì)量評(píng)價(jià)

4.4.3成形質(zhì)量數(shù)據(jù)管理

本章小結(jié)

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(duì)彎管成形性的影響

5.2.3可控因素對(duì)彎管成形性的影響

5.3工藝參數(shù)對(duì)彎管成形質(zhì)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(yàn)設(shè)計(jì)

5.3.3正交試驗(yàn)結(jié)果分析

5.4管材彎曲工藝參數(shù)的多目標(biāo)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模

5.4.4多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)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(shí)例驗(yàn)證與分析

本章小結(jié)

第6章管材彎曲成形質(zhì)量預(yù)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

6.1引言

6.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.2.1系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與運(yùn)行環(huán)境

6.2.2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式

6.2.3系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

6.3系統(tǒng)集成與接口技術(shù)

6.4系統(tǒng)知識(shí)管理

6.4.1力學(xué)仿真工藝數(shù)據(jù)管理

6.4.2缺陷分析與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)管理

6.5管材彎曲成形質(zhì)量預(yù)測(cè)實(shí)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(zhì)量預(yù)測(cè)與綜合評(píng)價(jià)

本章小結(jié)

第7章結(jié)論與展望

附錄主要符號(hào)表

參考文獻(xiàn) 2100433B

先進(jìn)高強(qiáng)鋼板小圓角拉彎成形開(kāi)裂問(wèn)題突出，導(dǎo)致車(chē)身安全構(gòu)件成形質(zhì)量下降、制造成本上升。小圓角拉彎成形中板材受到面外彎矩與非均勻厚向應(yīng)力作用，造成面內(nèi)外加載耦合、分層硬化顯著，使得成形頸縮失效行為表現(xiàn)出強(qiáng)烈的彎曲效應(yīng)。傳統(tǒng)成形極限理論基于面內(nèi)拉伸變形與厚向均勻硬化假設(shè)，無(wú)法準(zhǔn)確描述頸縮失效的彎曲效應(yīng)。本項(xiàng)目擬引入面外彎曲與面內(nèi)拉伸變形的耦合作用以及沿板材厚度方向的非均勻硬化特性描述，建立彎曲效應(yīng)下板材成形頸縮失效分析新方法，揭示先進(jìn)高強(qiáng)鋼板成形頸縮失效彎曲效應(yīng)問(wèn)題的機(jī)理，擴(kuò)展基于面內(nèi)變形模式的傳統(tǒng)成形極限理論。建立適用于高強(qiáng)鋼板小圓角拉彎成形的頸縮失效判據(jù)，提出基于頂層極限應(yīng)變的拉彎成形極限圖（BFLD），能精確計(jì)算沿板厚方向頂層、中性層和底層材料的極限應(yīng)變，提高先進(jìn)高強(qiáng)鋼構(gòu)件成形失效的預(yù)測(cè)精度。設(shè)計(jì)并建立符合典型小圓角拉彎加載條件的拉彎成形極限實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法，為理論預(yù)測(cè)和工程應(yīng)用提供準(zhǔn)確依據(jù)。