闭截面型材的拉弯成形性

拉弯是型材的基本成形方法.截面畸变是型材拉弯成形中的常见缺陷,并对型材的回弹和变薄有交叉影响,型材拉弯成形性的分析评估远比板材成形复杂.提出了型材拉弯成形性的概念,建立了矩形截面型材拉弯成形性分析模型,基于有限元数值模拟研究了截面结构、相对高度和壁厚分布等几何参数对拉弯成形性的影响规律,从提高拉弯成形性出发提出了型材截面优化设计的原则.      

矩形截面型材拉弯成形

针对铝合金矩形中空截面挤压型材进行了不同预拉和补拉的拉弯成形试验研究,获取了预拉和补拉对成形精度的影响规律.截面畸变是影响成形精度最主要的因素,由弯曲过程中的径向压力引起.试验表明,型材靠模弯曲即发生截面畸变,主要表现为上腹板的塌陷,沿型材长度方向截面畸变量不同,最大畸变量并不位于型材中间对称截面处;增大预拉和补拉,截面畸变增大.弯曲卸载回弹是影响零件贴模度的主要因素,其大小受多种因素影响,规律复杂.增大预拉和补拉,回弹减小;当预拉和补拉增大到一定值时,增大拉伸量减小回弹的效果不再明显.     

成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响

将韧性断裂准则用于预测板材成形极限,通过数值模拟HS钢、IF钢和6111-T4铝合金3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程,获得试件中心区域主应变最大单元的应变历史,结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材料常数;通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格应变相比较分析了Hill48,Hill90和Barlat89 3种各向异性屈服准则对模拟获得的应变路径的影响.结果表明,Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径;在此基础上比较了几种韧性断裂准则用于预测板材断裂成形极限的计算结果, Cockcroft-Latham准则和总塑性功准则的计算结果比较理想,材料常数的确定也较为简单.      

拉弯模具间隙对复杂截面型材成形精度的影响

采用有限元数值模拟方法对非对称复杂截面铝合金型材拉弯工艺过程进行研究,分析拉弯模具间隙对称和不对称两种情况对型材拉弯后的截面畸变及回弹的影响.结果表明型材拉弯后壁厚出现减薄,其最小厚度受间隙值影响较小,但左右间隙是否对称会影响截面畸变方向,左右间隙不对称时型材拉弯后其截面畸变方向会发生偏转,回弹后的扭转量也会有变化.以减小截面畸变和回弹量从而提高成形精度为目标,通过数值模拟分析对拉弯模具左右间隙值进行了优化,为合理设计拉弯成形模具提供理论依据,对制定生产工艺规范具有重要参考价值.     

窄板拉弯成形的数值分析与回弹计算

在考虑加载历史的情况下,为采用数值方法研究窄板拉弯成形,将变形区划分成若干个单元,按塑性变形体积不变条件,确定单元应变.利用增量理论,由差分方程算出应力分布,并分析了加载历史对其影响.依据卸载变形的分析计算,推导出回弹后中性层弯曲半径及弯曲角变化量的计算公式.计算结果表明,先弯曲再拉伸时应力分布规律更利于减小回弹.     

三维自由弯曲过程中临界偏距对管材成形精度影响

三维自由弯曲成形过程中弯管处于少约束状态,弯管弯曲半径的大小及轴线形状取决于相应的弯曲模偏距值。为了准确成形出预设弯管的形状,提高弯管的自由弯曲成形精度,基于弯曲模临界偏距U_e建立了弯曲模偏距U和弯管弯曲半径R(U-R)关系数学模型。采用有限元模拟与实验相结合的方法,研究了不同摩擦系数及材料参数条件下临界偏距的演化规律及其对弯管成形精度的影响。研究结果表明：引入临界偏距的U-R关系拟合结果更加符合实验结果。随着摩擦系数的增加,弯管塑性变形程度增加,临界偏距的数值降低,弯管弯曲半径减小。相比于SS304不锈钢弯管,相同工艺参数下6061铝合金弯管的弯曲半径增大,临界偏距降低。     

包辛格效应对板材拉弯回弹的影响

为从理论上研究包辛格效应对板材拉弯回弹的影响,利用随动强化本构方程,采用 数值方法,确定拉弯的应力分布,由此计算回弹,并与按等向强化本构方程计算的结果加以 比较,根据应力分布的特点,分析包氏效应对拉弯回弹的作用.研究结果表明,对于先拉后 弯,包氏效应有利于降低回弹,但由于预拉伸量较小,或反向加载区域较小,其影响不大; 对于先弯后拉,包氏效应不利于减小回弹,但由于应变中性层曲率半径与内弯矩的变化相互 制约,其影响也不大.      

基于极限应变分析的十字形试件有限元设计

为了通过十字形双向拉伸试验来实现复杂加载,研究复杂应变加载路径下板材的极限应变,采用有限元数值模拟技术,设计出臂上及中心区带槽的十字形双向拉伸试件,建立了有限元计算模型.基于试件在拉伸时中心区受力均匀并能实现大变形的条件下,优化出较佳的试件形式,通过调节速度加载边界条件可实现中心区不同的应变路径,为复杂应变路径下成形极限的研究提供基础.      

蒙皮拉形加载轨迹优化

对双曲度飞机蒙皮拉伸成形问题,探讨了加载轨迹对成形质量的影响,提出了采 用最优化理论与算法和有限元数值模拟相结合,确定最优拉形加载轨迹的原理与方法.分析 了单凸双曲度蒙皮拉伸成形常用加载轨迹的成形特点和不足,采用有限元数值模拟和序列二 次规划相结合的方法,通过正交试验设计建立近似响应模型和设计变量的取值范围,以减小 卸载回弹提高贴模度为研究目标、最大主应变为约束条件建立最优化数学模型,确定最合理 的拉形加载轨迹.优化结果表明成形零件贴模度和应变分布与厚度的均匀程度均有明显提高 .      

飞机蒙皮拉伸成形加载轨迹设计及优化

加载轨迹是决定飞机蒙皮拉伸成形质量的关键因素.首先对双曲度单凸蒙皮变形最大截面采用应变控制方法,通过解析分析公式推导设计拉形加载轨迹范围;然后将各加载参数转化为拉形设备中夹钳和工作台运动参数,并作为设计变量;最后采用最优化理论与算法和有限元数值模拟相结合的方法,以减小卸载回弹提高贴模度为研究目标,以单元最大主应变和厚度减薄率为约束条件建立最优化数学模型,采用序列二次规划的优化方法确定最合理的拉形加载轨迹;对优化结果进行实验验证,实验结果和优化结果相吻合.分析表明加载轨迹优化后,成形零件的贴模度、应变分布与厚度的均匀程度均有明显提高.      

成形极限曲线（FLC）的新概念

失稳理论是FLC的理论基础。文章论述了FLC理论研究中存在的问题。指出:一般出厂板的表面状况不会影响板料的集中失稳;板内损伤平面应变时最严重。双拉时,板内损伤的积累、发展,导致应力状态向平面应变漂移;拉压时,载荷失稳后引起的双拉,也会导致平面应变。因此平面应变状态的出现是板料集中失稳的共同原因。在此基础上提出了建立FLC的统一的模型。     

基于恒应变率控制的椭圆凹模胀形试验方法

为确定2A16-O铝合金板材在不同温度及应变率下的成形极限曲线(FLCs),应用改进Hollomon公式获取满足外插可靠度的拟合应力应变,通过有限元分析(FEA)不同椭圆度的椭圆凹模胀形破裂位置,优化工艺参数得到指定应变路径下的成形极限点,建立了液体压力与等效应变及应变率的公式,推导出压力变化率与应变率的定量关系。以应变率控制的椭圆凹模胀形与单拉试验相结合,获得2A16-O铝合金板材在不同温度及应变率下的FLCs,为定量分析应变率的影响规律和评判理论预测方法的准确性提供了依据。      

基于双向拉伸的热环境铝合金性能获取和分析

板材成形加工时通常承受复杂载荷,一般采用单拉试验获取材料性能,由于材料变形时仅承受单向载荷,与实际情况差距较大。为获取更加真实的复杂加载时材料性能,通过十字形试件双向拉伸试验,研究了热环境双向变比例加载时AA6016铝合金材料力学性能和变形行为,包括优化设计十字形试件、相关试验方法和设备以及结果分析等。在25、150和250℃温度下进行了拉伸速率比例为1:1、3:2、2:3、1:3和3:1的双向拉伸试验和单向拉伸试验,得到了不同拉伸速率比例和温度下的应力应变关系、屈服规律和各向异性,建立了屈服准则,并且通过与试验结果对比,讨论分析了几个典型屈服准则及其适用性。      

铝合金拉形粗晶临界预应变曲线的建立及应用

粗晶是铝合金蒙皮多道次拉形中常见的成形缺陷.根据实际蒙皮拉形过程和变形状态,按照"预拉伸-淬火-微观组织分析"的流程,对2024-O铝合金板材进行了不同应变路径下的试验,建立了晶粒大小和热处理前预拉伸量的关系.采用网格应变测量技术,确定了不同应变路径下的粗晶临界预应变,建立了粗晶临界预应变曲线.应用该曲线对蒙皮拉形过程进行了有限元分析,从而控制粗晶的产生.     

基于极限应力分析的十字形双向拉伸试件设计

十字形试件双向拉伸实验是实现复杂加载路径的有效方法,是研究板料后继屈服行为和成形极限可行的实验手段,解决十字形试件中心区的大变形、应力均匀性、应力测量计算方法等是其应用的主要问题.通过试件中心区减薄实现了中心区大变形以致颈缩破裂,给出了3种不同形式的中心区减薄形状,从应力均匀性、最大变形出现位置和避免应力集中等方面进行了优化对比分析,并探讨了计算中心区应力的解析方法.结果表明,中心区方形减薄的十字形试件有更好的中心区应力分布均匀性,更容易实现大变形以致破裂发生在中心区,能较好地控制应力集中,是更适用于板料成形极限应力图研究的实验装备.      

高速转子连接结构刚度损失及振动特性

高负荷航空发动机转子的转速和支点跨度不断加大,使得转子弯曲刚度下降,并在工作中具有一定弯曲变形。转子弯曲变形时,连接界面会存在刚度损失,需考虑转子弯曲变形对连接界面刚度特性及转子系统振动特性的影响。提出了定量描述连接界面刚度损失的力学模型,并针对非连续转子系统的动力学设计,提出了基于应变能分布优化的连接结构刚度损失抑制方法。数值仿真结果表明:转子弯曲变形下,连接界面刚度损失显著,会使转子弯曲临界转速大幅降低;通过转子应变能分布优化设计可有效降低连接界面刚度损失对转子系统振动特性的影响,对转子系统振动特性优化设计具有重要的指导意义。      

复杂薄壁零件板多级充液成形及过程数值模拟

板充液成形已被证明是制造复杂零件一种有效的方法.采用板多级充液成形方法对难成形复杂薄壁结构的飞行器零件进行了研究,利用有限元数值模拟的方法,分析了预成形凸模形状、预成形深度,以及液室压力等关键工艺参数对成形的影响.对成形中出现的诸如破裂、起皱等失效形式进行了探讨,给出了终成形时实现成功成形的最高液室压力区域范围.提出了控制成形质量的措施,优化了工艺参数,并根据数值模拟的结果进行了试验验证.结果表明,模拟结果和试验结果达到了较好的一致.