轨道列车铝合金复杂薄壁型材拉弯成形及回弹仿真研究
发布时间：2021-06-29 15:34
轨道列车车身多使用铝合金材料制造的弯曲件以减轻车身重量。在其制造工艺中,拉弯工艺凭借成形精度高及回弹小等优点被广泛采用。但是,铝合金在拉弯制造方式下,仍会产生截面畸变和回弹等成形缺陷。因此,铝合金拉弯工艺研究对我国轨道列车的制造意义重大。本文以轨道列车中使用的一种大尺寸、L形截面的铝合金薄壁型材为研究对象,利用ABAQUS软件分析工艺参数对该型材拉弯工艺的影响,通过优化参数和模具达到提高成形精度的目的。主要工作内容归纳如下:（1）根据拉弯成形力学分析的基本假设及应力应变增量关系,推导了拉弯过程中型材内部应力应变和回弹过程中回弹量的计算公式,分析了拉弯成形后回弹的主要影响因素。根据铝合金型材拉弯工艺实际工况建立有限元仿真模型,采用ABAQUS的动力显式算法和静力隐式算法分别模拟型材拉弯和回弹过程,得到了铝合金型材在拉弯和回弹过程中的形状变化。（2）利用铝合金拉弯有限元模型,对不同的施加在盖板上的均布载荷、挡板与工件的间隙及单位弯曲角度的拉弯过程和回弹过程进行仿真,分析了其对拉弯过程中铝合金工件的等效应力、等效应变和截面畸变及回弹过程中铝合金工件的等效应力、截面畸变和回弹量的影响规律。对特...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１摩擦力单元模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｕｎｉｔ?ｍｏｄｅｌ??
?大连交通大学工学硕士学位论文???Ａ￡?＝?￥±Ｌ＾￣＾ｒ?（２．３７）??根据内力和外力相等的平衡条件可得：??尸０?＝?ｚｊ，：?ｃｒｔｆｄｒ?＋?Ｓ２Ｊ＂＇１?＜ｊ０ｄｒ?＋?５＂２?ｊ＂?＊?ｃｒ０ｄ７－?（２．３８）??通过计算方程（２．３８），可得ｓＦｅ，从而能够确定型材截面的切向应力应变状态。??２．１．４回弹过程力学分析??在型材拉弯过程中，由于存在轴向拉力，使压缩变形区的压应力改为拉应力。为了??使计算进一步方便，进一步作出以下两点假设：（１）型材的弯曲不考虑剪切力的影响，属??于纯弯曲；（２）认为在使用范围内压缩曲线和拉伸曲线相同，采用折线型曲线来近似实际??应力曲线。??以对称Ｌ形截面型材为例，分析型材加载方式和过程，以及型材的回弹量及轴向拉??力的计算方法。目前，在实际生产过程中一般采用一次拉弯的加载方式，先拉伸再弯曲??最后拉伸。这种类型的加载过程如下：首先对淬火后的型材两端施加轴向拉力，使横截??面上的应力达到屈服极限，而后施加弯矩使型材与模具贴合，最后沿型材切向施加补拉??力。总拉力应能够使受摩擦影响最大的剖面（拉弯模具对称中心线的横剖面）上内层材??料的应力达到屈服极限，如图２．４所示。??＼?／Ｆｙ?Ｆ＼?／??对称！＾??Ａ？＾?中心层?Ｍ??线??图２．４型材拉弯过程应力分布??Ｆｉｇ．?２．４?Ｔｈｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｉｎ?ｓｔｒｅｔｃｈ?ｂｅｎｄｉｎｇ??１４??
?第二章型材拉弯和回弹理论分析及有限元建模???施加这样的预拉力，不仅可以保证弯曲前型材的形状，而且还可以保证型材轴向上??的任意横截面上的应力均成线性分布，另外，使外层材料和内层材料的应力差（％－ｄ，??导致型材轴向各部分回弹量均有所减校??在施加预拉力的情况下，型材剖面上的应力是均匀分布的，如图２．５所示。??＞＇??ｇｏ；＝ｆｆ０．２｜??＂１７??—?／?ｂｌｊｆ?ｌ?＾〇ｒ＾ｎ＝＾〇．２??，—一?Ｉ?＾ｉｒ°〇．２??／?／?——＞?外层应力??Ｉ?ｊ??■＂内层应为??｜．?°ｉ２?．中产??图２．５型材预拉过程的应力分布??Ｆｉｇ．?２．５?Ｔｈｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｉｎ?ｐｒｅ－ｓｔｒｅｔｃｈ??内层材料与外层材料的应力＜７，１和Ａｌ为：??ａｉ＼?＝?ａ〇＼?￣?°＂〇．２?（２．３９）??弯曲后，内层材料的拉应力仍丨沿着实际应力曲线减小为ａ，２，而内层材料的拉应力??沿着实际应力曲线继续增大，增大为％２。在拉弯模具对称中心线处的型材横剖面上，??在施加补拉力后，应力呈线性分布，内层材料的拉应力Ｍ沿着实际应力曲线开始增大，??直至增大到拉伸屈服极限仰．２为止，而外层材料的拉应力％２仍继续增大，增大为％３，??即：??？３?—?ＣＴ〇?（２．４０）??＜ｊ／３?＝?＜７，??设某一位置与应力中性层的直线距离为时，该位置材料所受的应力为〇＞，如图２．６??所示，贝１Ｊ：??ＣＴｖ?＝?ａ０．２?＋?Ａ（Ｊ．ｖ?＝?＾０．２?＋?ＤＡＳｙ?￣?°￣０．２?＋Ｄ（￡ｙ?￣?￡０．２?）?（２．４１）??式中，Ｄ为应变刚模量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]出口菲律宾的地铁车辆顶棚弯梁拉弯成型工艺研究[J]. 李巧艳,吴萍,王和欣. 国外铁道机车与动车. 2019(02)
[2]不同成分对6005A薄壁型材拉弯性能影响[J]. 何金,李延军,杨志勇,王义斌,石玲,王志. 铝加工. 2019(01)
[3]电流辅助钛合金L型材拉弯工艺研究[J]. 曹凤超,曾元松,刘宝胜,王永军. 机械科学与技术. 2019(09)
[4]角型截面不锈钢型材拉弯成形起皱缺陷控制[J]. 谷诤巍,贾磊. 锻压技术. 2018(12)
[5]拉弯过程解析计算及仿真实验[J]. 罗健玺,卢锴钧,张学广,王嘉鹤,邹天下,李大永. 机械设计与研究. 2018(05)
[6]基于增量控制的型材拉弯轨迹设计及有限元仿真[J]. 张学广,贾明萌,刘纯国,何广忠. 吉林大学学报(工学版). 2019(04)
[7]车门防撞梁全工序仿真模拟及回弹补偿研究[J]. 葛泽培,陈炜,李国强,顾强,金共志,徐丁旺. 锻压技术. 2018(08)
[8]不锈钢车顶弯梁拉弯成形研究[J]. 朱丽娟,王敏,谷诤巍,何玲玲. 材料导报. 2017(24)
[9]基于正交试验的闭式挤压工艺参数优化[J]. 张学奇,董万鹏,葛力华,张立艳,薛丹丹. 塑性工程学报. 2017(03)
[10]L型截面铝型材拉弯成形截面畸变缺陷控制研究[J]. 梁继业,邓钢,方斌. 锻压技术. 2016(12)
硕士论文
[1]钛合金超声辅助磁性磨料光整加工工艺研究[D]. 刘鑫.大连交通大学 2018
[2]大曲率型材拉弯成形过程的数值模拟[D]. 张琨.吉林大学 2013
[3]型材拉弯弹复规律数值模拟与实验研究[D]. 杨继云.燕山大学 2012
本文编号：3256696
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１摩擦力单元模型??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｅ?ｆｒｉｃｔｉｏｎ?ｕｎｉｔ?ｍｏｄｅｌ??
?大连交通大学工学硕士学位论文???Ａ￡?＝?￥±Ｌ＾￣＾ｒ?（２．３７）??根据内力和外力相等的平衡条件可得：??尸０?＝?ｚｊ，：?ｃｒｔｆｄｒ?＋?Ｓ２Ｊ＂＇１?＜ｊ０ｄｒ?＋?５＂２?ｊ＂?＊?ｃｒ０ｄ７－?（２．３８）??通过计算方程（２．３８），可得ｓＦｅ，从而能够确定型材截面的切向应力应变状态。??２．１．４回弹过程力学分析??在型材拉弯过程中，由于存在轴向拉力，使压缩变形区的压应力改为拉应力。为了??使计算进一步方便，进一步作出以下两点假设：（１）型材的弯曲不考虑剪切力的影响，属??于纯弯曲；（２）认为在使用范围内压缩曲线和拉伸曲线相同，采用折线型曲线来近似实际??应力曲线。??以对称Ｌ形截面型材为例，分析型材加载方式和过程，以及型材的回弹量及轴向拉??力的计算方法。目前，在实际生产过程中一般采用一次拉弯的加载方式，先拉伸再弯曲??最后拉伸。这种类型的加载过程如下：首先对淬火后的型材两端施加轴向拉力，使横截??面上的应力达到屈服极限，而后施加弯矩使型材与模具贴合，最后沿型材切向施加补拉??力。总拉力应能够使受摩擦影响最大的剖面（拉弯模具对称中心线的横剖面）上内层材??料的应力达到屈服极限，如图２．４所示。??＼?／Ｆｙ?Ｆ＼?／??对称！＾??Ａ？＾?中心层?Ｍ??线??图２．４型材拉弯过程应力分布??Ｆｉｇ．?２．４?Ｔｈｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｉｎ?ｓｔｒｅｔｃｈ?ｂｅｎｄｉｎｇ??１４??
?第二章型材拉弯和回弹理论分析及有限元建模???施加这样的预拉力，不仅可以保证弯曲前型材的形状，而且还可以保证型材轴向上??的任意横截面上的应力均成线性分布，另外，使外层材料和内层材料的应力差（％－ｄ，??导致型材轴向各部分回弹量均有所减校??在施加预拉力的情况下，型材剖面上的应力是均匀分布的，如图２．５所示。??＞＇??ｇｏ；＝ｆｆ０．２｜??＂１７??—?／?ｂｌｊｆ?ｌ?＾〇ｒ＾ｎ＝＾〇．２??，—一?Ｉ?＾ｉｒ°〇．２??／?／?——＞?外层应力??Ｉ?ｊ??■＂内层应为??｜．?°ｉ２?．中产??图２．５型材预拉过程的应力分布??Ｆｉｇ．?２．５?Ｔｈｅ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ｐｒｏｆｉｌｅ?ｉｎ?ｐｒｅ－ｓｔｒｅｔｃｈ??内层材料与外层材料的应力＜７，１和Ａｌ为：??ａｉ＼?＝?ａ〇＼?￣?°＂〇．２?（２．３９）??弯曲后，内层材料的拉应力仍丨沿着实际应力曲线减小为ａ，２，而内层材料的拉应力??沿着实际应力曲线继续增大，增大为％２。在拉弯模具对称中心线处的型材横剖面上，??在施加补拉力后，应力呈线性分布，内层材料的拉应力Ｍ沿着实际应力曲线开始增大，??直至增大到拉伸屈服极限仰．２为止，而外层材料的拉应力％２仍继续增大，增大为％３，??即：??？３?—?ＣＴ〇?（２．４０）??＜ｊ／３?＝?＜７，??设某一位置与应力中性层的直线距离为时，该位置材料所受的应力为〇＞，如图２．６??所示，贝１Ｊ：??ＣＴｖ?＝?ａ０．２?＋?Ａ（Ｊ．ｖ?＝?＾０．２?＋?ＤＡＳｙ?￣?°￣０．２?＋Ｄ（￡ｙ?￣?￡０．２?）?（２．４１）??式中，Ｄ为应变刚模量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]出口菲律宾的地铁车辆顶棚弯梁拉弯成型工艺研究[J]. 李巧艳,吴萍,王和欣. 国外铁道机车与动车. 2019(02)
[2]不同成分对6005A薄壁型材拉弯性能影响[J]. 何金,李延军,杨志勇,王义斌,石玲,王志. 铝加工. 2019(01)
[3]电流辅助钛合金L型材拉弯工艺研究[J]. 曹凤超,曾元松,刘宝胜,王永军. 机械科学与技术. 2019(09)
[4]角型截面不锈钢型材拉弯成形起皱缺陷控制[J]. 谷诤巍,贾磊. 锻压技术. 2018(12)
[5]拉弯过程解析计算及仿真实验[J]. 罗健玺,卢锴钧,张学广,王嘉鹤,邹天下,李大永. 机械设计与研究. 2018(05)
[6]基于增量控制的型材拉弯轨迹设计及有限元仿真[J]. 张学广,贾明萌,刘纯国,何广忠. 吉林大学学报(工学版). 2019(04)
[7]车门防撞梁全工序仿真模拟及回弹补偿研究[J]. 葛泽培,陈炜,李国强,顾强,金共志,徐丁旺. 锻压技术. 2018(08)
[8]不锈钢车顶弯梁拉弯成形研究[J]. 朱丽娟,王敏,谷诤巍,何玲玲. 材料导报. 2017(24)
[9]基于正交试验的闭式挤压工艺参数优化[J]. 张学奇,董万鹏,葛力华,张立艳,薛丹丹. 塑性工程学报. 2017(03)
[10]L型截面铝型材拉弯成形截面畸变缺陷控制研究[J]. 梁继业,邓钢,方斌. 锻压技术. 2016(12)
硕士论文
[1]钛合金超声辅助磁性磨料光整加工工艺研究[D]. 刘鑫.大连交通大学 2018
[2]大曲率型材拉弯成形过程的数值模拟[D]. 张琨.吉林大学 2013
[3]型材拉弯弹复规律数值模拟与实验研究[D]. 杨继云.燕山大学 2012
本文编号：3256696
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