铝合金薄壁矩形管绕弯成形起皱极限的预测

失稳起皱是铝合金薄壁矩形波导管绕弯成形过程中的主要缺陷之一,严重制约着薄壁矩形管绕弯成形极限的提高。笔者采用有限元数值模拟结合正交回归分析的方法,建立了薄壁矩形管绕弯成形起皱波纹度回归预测模型,并通过实验验证了该模型的可靠性;在此基础上推导出了基于失稳起皱成形极限的解析模型。研究获得了芯头个数、防皱块与管坯间隙及芯模与管坯间隙对起皱极限的影响规律,并获得了铝合金薄壁矩形管绕弯成形起皱极限图。该研究为提高实际生产中薄壁矩形管绕弯成形质量提供了依据和指导。     

金属薄壁圆管内翻口过程中应力与变形的解析

拉应力内翻管法是一种用于将金属薄壁圆管成形为具有环形底部双层管状件的新工艺,它由内翻口、翻边、拉深翻管3个成形工序所组成。基于对圆管内翻口变形过程的研究,推出了管件成形中翻口区部分管壁起皱前后其应力、变形各参数与管坯尺寸、管材性能、模具尺寸、摩擦条件及比例因子m的解析关系式,并得出了翻口区管壁是否起皱及管件内翻口成形能否成功的判别式。实例表明,在m为0.7~0.8的情况下,根据解析式计算出的管件应力、变形参数与金属塑性成形仿真软件DYNAFORM模拟所得数据基本一致,而由判别式作出的结论也与模拟结果和文献中的实验结果相符。     

板面弹性压板力对提升板料失稳临界应力 的作用及其应用

从分析矩形薄板的受压失稳临界应力入手,提出在冲压成形板料的上下面设置弹性压板力,从而提 升板料的失稳临界应力,减少板料的受压屈曲与起皱。根据这个原理设计的新型冲压模具可有效地控制板 料的起皱,同时具有“一模多用”的作用。试验也表明,具有板面多点压板功能的冲压模具,可以显著地提升 板料的失稳临界应力,减少板料的起皱。     

圆筒件拉深成形仿真结果的工艺知识挖掘

基于粗糙集理论的数据挖掘技术，研究了面向有限元仿真结果的知识自动获取方法．以压边力、摩擦系数、厚向各向异性系数、凹模圆角半径、板料厚度等作为条件属性，成形后零件两种主要的成形缺陷——破裂和起皱作为目标属性，分析了圆筒件拉深成形中材料性能、工艺参数对成形性能的影响程度，提炼出对加工工艺和模具设计有指导意义的产生式规则．结果表明，面向有限元仿真结果的数据挖掘技术为塑性成形领域知识发现提供了一条有效的新途径．     

三边形圆弧截面空心零件旋压成形数值模拟及试验研究

采用有限元分析软件MSC.MARC对三边形圆弧截面空心零件旋压成形进行数值模拟,对其应力应变分布规律进行了研究,重点研究了旋轮轴向进给比和毛坯厚径比对旋压成形质量的影响,分析了起皱、减薄、回弹现象产生的原因以及容易出现这些缺陷的部位。模拟及试验结果表明,口部（即成形过程中的坯料凸缘）、侧壁靠近圆角处大圆弧区和圆角区域小圆弧部位是三边形圆弧截面空心零件拉深旋压过程中易分别产生起皱、减薄和破裂的部位。     

楔横轧多楔轧制高铁空心车轴壁厚均匀性

在空心轴楔横轧多楔轧制中,控制壁厚均匀性是衡量车轴成形质量的重要标准。本文先分析空心轴楔横轧多楔轧制的稳定轧制条件,得到了确定空心车轴楔横轧压扁失稳的准则。在此基础上,基于DEFORM-3D软件,建立楔横轧多楔同步轧制高铁空心车轴的三维刚塑性有限元模型,分析展宽角、成形角等工艺参数对壁厚均匀性的影响,获得了工艺参数影响轧制空心车轴壁厚变化的规律。结果表明：成形角越大,壁厚均匀性越好;展宽角越大,壁厚均匀性越好,但在展宽角大于10。时,壁厚均匀性反而下降。基于多楔轧制实验,轧制1：5缩比的空心车轴,测量了轧制力矩和轧制空心轴的壁厚,与仿真结果作比较,相对误差均在10%以内,验证了所建有限元模型的正确性。     

铝合金覆层板成形极限图

提出一种创新的试验方法研究铝合金覆层板的成形极限图,即采用单拉试验获得成形极限图的左半区域,右半区域采用不同椭圆度的凹模得到不同应力状态下覆层板的成形极限应变,并且在成形极限图中引入方板对角拉伸试验数据,用于预测板材成形过程中起皱缺陷的产生,使成形极限图的预测功能更加完善。同时,进一步研究不同覆板材料和厚度对铝合金目标板材成形极限图的影响。研究结果表明:在覆层板方式下,目标板材成形极限图中的极限临界区向上移动,并向右移动,成形极限增大,并且成形极限图中起皱区域面积减小,抗失稳能力提高。成形过程选择强度系数K较高、加工硬化指数n较大及适当厚度的覆板有助于成形板材成形性能的提高。     

三边形圆弧截面空心零件旋压成形的数值模拟及试验研究

采用有限元分析软件MSC.MARC对三边形圆弧截面空心零件的旋压成形进行数值模拟,对其应力应变分布规律进行了研究,重点探讨了旋轮轴向进给比和毛坯厚径比对旋压成形质量的影响,分析了起皱、减薄、回弹现象产生的原因以及容易出现这些缺陷的部位.模拟及试验结果表明,口部(即成形过程中的坯料凸缘)、侧壁靠近圆角处大圆弧区和圆角区域小圆弧部位本别是三边形圆弧截面空心零件拉深旋压过程中易产生起皱、减薄和破裂的部位.     

非对称型材拉弯成形的数值模拟研究

基于非线性有限元软件MSC.Marc对某汽车门框复杂截面型材的拉弯回弹进行了数值模拟研究。首先以切边模型为例对复杂截面型材有限元拉弯模拟做了详细的分析,提出了回弹半径和回弹间隙两种回弹参数评价,分析了模具半径和预拉力对回弹的影响。然后针对容易起皱的底面提出了一种失稳判定准则,并把复杂截面拉弯成形后的起皱区域划分为三部分,结合MSC.Marc软件的二次开发功能给出了描述失稳程度大小的用户变量曲线图。复杂截面型材拉弯成形的缺陷参数处理,最主要的就是回弹和起皱,有限元数值模拟对汽车型材拉弯件的成形质量、生产效率等都具有重要的指导意义。     

不锈钢管件滚弯成形工艺的有限元模拟

应用ANSYS有限元分析软件中的LS—DYNA求解器,对薄壁不锈钢管件弯曲成形过程进行了弹塑性数值模拟．通过对管件弯曲角度的试验结果与模拟值的对比分析,证明了建立管件有限元模型的正确性．在此基础上对管件滚弯过程的模拟结果进行了应力应变分析,揭示了其成形时的塑性变形流动规律及其对管件质量的影响．研究结果表明：薄壁不锈钢管件弯曲冷成形的主要失效形式是内侧部分的起皱和外侧部分的失稳;管件弯曲内侧等效应雯和壁厚变化呈跳跃式条状分布,是管壁起皱变形的前兆,管件弯曲外侧的壁厚减少导致其弯曲刚度降低,是管壁失稳变形的原因;最大等效应变和等效应力的部位出现在管件弯曲区域的、与滚动轮和旋轮接触部位,其弯曲成形后,部位的应力值逐渐减小,且沿两端方向应力逐渐减少．     

双金属复合管塑性成形工艺

应用卸载理论对薄壁双层金属复合管材在塑性成形后接触面上的配合性质与材料力学性能之间的关系进行了分析和研究,得出了应用塑性成形工艺生产紧配合双金属复合管的通用条件,即采用适当的内缩成形工艺或管材直径增大的胀形类成形工艺,可以在卸载后使得双层金属复合管材呈紧密配合状态.采用MSC.Mare软件分别对内缩成形工艺和胀形类成形工艺生产紧配合双金属复合管工艺过程进行了系统的数值模拟研究,模拟结果和理论分析结果完全吻合,证明了研究结果的可行性.     

金属方板对角拉伸失稳条件的理论研究

提出了方板起皱失稳临界过程的基本假高及分析模型，利用弹性稳定理论的能量法推导出失稳临界方程验证了弹性能量法在分析板料起皱临界过程中的解析精度，对于板村成型生产中防止起皱具有指导意义。     

三通管液压成形加载路径模糊控制优化

为准确高效地获得优化的管材液压成形加载路径,提出一种结合模糊控制与自适应模拟的实时反馈优化方法,建立缺陷控制规则,通过模糊控制器在有限元模拟过程中实时侦测缺陷的发展趋势并反馈至模拟程序以调整工艺参数,以避免起皱及破裂缺陷的发生,最终获得优化的成形加载路径.通过对典型液压成形件--三通管零件的研究表明:优化加载路径后零件成形质量有了明显改善,模糊控制实现了预期的控制目标.     

薄壁球面构件普旋法兰起皱预测方法评价

为了探究现有的起皱评价方法对薄壁球面构件普旋法兰起皱发生时刻预测的精确性,以2024-O铝合金球面薄壁构件第一道次普旋为研究对象,通过试验方法确定了2024-O铝合金旋压法兰起皱发生时刻,同时结合数值仿真手段,基于现有的起皱评价方法分别得出了2024-O铝合金旋压法兰起皱发生时刻的结果.研究结果表明:法兰几何波动法和基于塑性失稳的理论模型可以正确地预测法兰起皱发生时刻,前者预测误差达到12.5%,后者误差为7.7%;旋压力法可以预测法兰严重起皱时刻,但无法定量预测起皱发生时刻;弹性应变能振荡法对上述两种起皱问题均无法预测.     

板材成形缺陷及其数值仿真

以典型冲压件及冲压过程为例,介绍自行研制的覆盖件成形与模具设计ＣＡＥ软件系统对板材成形缺陷,即鼓动、起皱、破裂与回弹的数值仿真结果及与实验结果的比较．旨在检验金属塑性成形屈服准则、塑性流动本构理论以及动边界摩擦约束处理方法的有效性,进而为解决金属覆盖件塑性加工成形与模具制造工业面临的关键力学问题提供有效的数学工具．     

应变强化对压力容器安全裕度的影响

通过试件拉伸试验和圆筒容器的有限元模拟,分析了加载路径和预应变量对应变强化容器塑性失稳压力的影响.拉伸试验和有限元模拟结果表明:加载路径对试件和容器的极限承载能力影响较小;不同预应变量虽使容器产生不同程度的塑性变形,但材料的强化效应在一定程度上弥补了容器尺寸变化的影响,仅使圆筒容器的塑性失稳载荷略有下降;在径比为1.02～1.10的薄壁容器范围内,壁厚对应变强化后容器塑性失稳压力的下降影响很小.在同时考虑预应变后容器几何形状改变和材料应力应变曲线改变的情况下,4%～12%预应变后,最小安全裕度由按常规设计的4.76降至2.21,与国内外标准中的最低安全裕度要求相当,表明应变强化后容器仍有较高的强度裕度.     

圆筒形件多次拉深不用压边时的皱曲判定

在分析多次拉深变形特点的基础上,本文建立了塑性失稳皱曲的计算模型。运用压缩塑性失稳理论导出了变形区边缘塑性失稳皱曲的临界切向压应力的表达式,进而得出了圆筒形件多次拉深不用压边时变形区不会皱曲的条件,并以08钢为例进行了对比论证,绘制了拉深塑性失稳皱曲的临界曲线,得到了比较满意的结果。     

薄板剪应力起皱数值模拟研究

利用有限元法模拟了剪皱试样分叉后继变形的畸变与起皱过程，皱纹的位置、形状、起皱方向与实验结果一致．分析了剪应力失稳起皱机理，并给出了临界失稳起皱的判据和剪应力起皱的评价指标．最后还讨论了屈服强度σs。硬化指数n值、板厚方向性指数r值对抗剪皱性能的影响，为板材抗剪皱性研究提供了一种有效的数值模拟方法。     

各向异性管材翻转成形解析分析研究

采用塑性流动理论及幂函数强化模型，推导出了综合材料参数（ｎ，Ｒ），几何参数（Ｄ，ｔ），润滑条件影响的圆角模外翻力学解析的常微分方程，结合材料各向异性屈服准则，运用龙格库塔数值计算法，得出了考虑各种因素影响的管材翻转成形稳定流动的数值分析结果，并用于数值模拟成形过程，经实验验证，本数值分析结果与实验结果吻合良好。     

圆筒形件拉深工艺的有效压边力研究

采用高阶厚向异性屈服准则及经典塑性理论,推导出圆筒形件拉深过程中的应力应变计算公式,获得了避免拉深破裂的上限压边力解析表达式.运用能量法研究了突缘产生起皱的能量变化情况,推导出抑制突缘起皱的下限压边力解析表达式.在上限压边力和下限压边力解析表达式的基础上,给出圆筒形件拉深工艺成功的有效压边力区间,并通过试验对理论计算结果进行了验证.理论计算和试验结果均表明:在拉深过程中,若压边力小于下限压边力,则拉深件起皱;若压边力大于上限压边力,则拉深件破裂;若压边力位于下限压边力和上限压边力之间,则拉深件能顺利成形.