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轴向对称鳍片管弯曲成形数值模拟研究

石朋  
【摘要】:在管材弯曲过程中,内侧壁的增厚、起皱,外侧壁的减薄、破裂,截面畸变以及卸载后的回弹问题,一直是当前国内外学者研究的热点。本文研究的轴向对称鳍片管除了具有上述圆管弯曲时的技术难题外,还具有弯曲工艺复杂以及扁钢和光管的过渡区有可能出现开裂问题。对于此些问题,用传统实验方法研究耗时长且成本高。通过对轴向对称鳍片管滚弯工艺过程进行数值模拟分析获得合理的工艺加载参数,不仅有重要的理论研究意义,还将为实际生产提供重要的技术支持。本文主要研究内容如下: (1)建立轴向对称鳍片管滚弯成形过程中的材料模型,通过单向拉伸试验,获得了材料Q235A的基本力学性能参数,通过公式推导出真实应力和真实应变公式,获得了材料真实应力-应变曲线,建立了材料模型。 (2)根据轴向对称鳍片管滚弯成形过程,基于ABAQUS有限元仿真软件建立了与实际相符的三维有限元模型,并对有限元前处理中各模块设置进行了研究,确立了有限元网格划分技术、边界条件及接触条件等模块的设置参数方法。 (3)利用所建立的有限元模型对轴向对称鳍片管、圆形光管滚弯成形过程进行数值模拟研究,对比分析了等效应力、应变分布规律以及不同弯曲角度下的切向应力、应变曲线,研究发现轴向对称鳍片管相比较圆形光管截面畸变、内侧壁起皱趋势更明显。 (4)在第三章建立的有限元模型下,首先确立了轴向对称鳍片管滚弯性能评价方法,简单推出了下压量、下辊轮中心距与曲率半径的关系式,求导推出了dRr/dh与下压量的关系,进而可以确定下压量的理论极大值;分析比较了理论曲率半径和模拟曲率半径值并作了误差分析,再根据曲率半径与下压量关系曲线图综合分析可以得出下压量的适宜取值范围;通过椭圆率、外侧壁厚变化率曲线图以及对应的等效应力、应变云图分析了下压量、下辊轮中心距、辊轮转速以及摩擦系数对鳍片管弯曲成形质量的影响,通过分析可以找出各参数的适宜取值范围。


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