典型金属管材弯曲滞后回弹的试验研究与有限元模拟

发布时间：2017-08-09 15:24

  本文关键词：典型金属管材弯曲滞后回弹的试验研究与有限元模拟

  更多相关文章： 1Cr18Ni9Ti管 5A03管 滞后回弹 黏弹性力学 双耗散材料模型 有限元分析

【摘要】：金属管材因具有优异的力学性能,多功用性和适于实现轻量化等特点,已经广泛应用于航空、航天、汽车、仪表等领域。回弹是管材加工卸载后必然产生的现象,大量试验研究发现,随着时间的推移,成形件还将发生持续的“滞后回弹”,导致尺寸精度降低,影响装配,甚至产生安全隐患。目前,人们对滞后回弹本身及其产生原因仍处于初级认知阶段,但它对精密成形和精确制造工程的危害则是不言而喻的,并且将成为精密制造领域的研究热点。本文以航空航天用1Cr18Ni9Ti不锈钢管和5A03防锈铝管的变形滞后回弹为背景,基于弹塑性和黏弹性力学理论,开展了两种管材拉伸和弯曲滞后回弹的试验和有限元模拟研究。两种管材单轴拉伸滞后回弹试验结果表明,滞后回弹量均随预应变量和变形速率增大而增大,滞后回弹曲线存在局部的波动,分为快速回弹和缓慢回弹两个阶段,1Cr18Ni9Ti较5A03更快进入滞后回弹第二阶段。管材弯曲滞后回弹试验发现,回弹角在卸载后的105s内快速增大,随后趋于稳定。相对弯曲半径相同时,滞后回弹角度随管材直径增大而增大,趋于稳定的时间基本一致;管径相同时,滞后回弹角度及滞后回弹趋于稳定的时间随相对弯曲半径的增大而增大。低温去应力退火能够促进1Cr18Ni9Ti弯管残余应力的提前释放,进而导致滞后回弹的提前发生。基于单轴拉伸试验结果构建了1Cr18Ni9Ti管双耗散黏弹塑性材料模型;对5A03管的应力松弛曲线进行Prony级数拟合,构建了Wiechert黏弹性材料模型;基于单轴蠕变试验,构建了两种材料的蠕变模型本构关系。并确定了各模型的材料参数。采用双耗散黏弹塑性材料模型和七参数Wiechert黏弹性模型进行有限元分析,1Cr18Ni9Ti和5A03管单轴拉伸滞后回弹的模拟结果与试验值随时间的变化趋势吻合良好,模拟滞后回弹量达到试验值的70%以上。1Cr18Ni9Ti不锈钢管回转牵引弯曲滞后回弹的模拟结果在变化趋势上与试验测量结果基本一致,回弹量接近试验值的73%。经初步分析认为,由于变形卸载后的弹性回复,不同组合单元中的残余应力驱动黏弹性组件持续缓慢变形,是导致滞后回弹发生的主要原因之一。
【关键词】：1Cr18Ni9Ti管 5A03管 滞后回弹 黏弹性力学 双耗散材料模型 有限元分析
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 滞后回弹研究背景和意义10-12
• 1.2 国内外滞后回弹研究现状12-15
• 1.3 本文主要研究内容15-17
• 第二章 材料变形本构模型基本理论17-34
• 2.1 弹塑性本构模型17-21
• 2.1.1 弹性变形18-19
• 2.1.2 塑性变形19-21
• 2.2 黏弹性材料本构模型21-28
• 2.2.1 基本模型21-22
• 2.2.2 Maxwell模型22-23
• 2.2.3 Kelvin模型23-24
• 2.2.4 广义Maxwell模型与Wiechert模型24-27
• 2.2.5 积分型本构关系27-28
• 2.3 黏弹塑性材料模型28-33
• 2.3.1 各向同性强化黏弹塑性本构关系29-30
• 2.3.2 双耗散黏弹塑性材料模型30-32
• 2.3.3 蠕变材料模型32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 管材典型力学行为试验34-47
• 3.1 单轴拉伸试验34-39
• 3.1.1 试验方法34-36
• 3.1.2 单轴试验结果36-39
• 3.2 应力松弛试验39-43
• 3.2.1 应力松弛试验方法39-40
• 3.2.2 应力试验结果40-43
• 3.3 蠕变试验43-46
• 3.3.1 蠕变试验方法44
• 3.3.2 蠕变试验结果44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 管材滞后回弹试验与分析47-59
• 4.1 单轴拉伸滞后回弹试验47-51
• 4.1.1 试验方法47-48
• 4.1.2 不同预应变滞后回弹结果与分析48-50
• 4.1.3 不同应变率滞后回弹结果与分析50-51
• 4.2 弯曲滞后回弹试验51-56
• 4.2.1 管材弯曲滞后回弹试验方法52-54
• 4.2.2 管材弯曲滞后回弹试验结果与分析54-56
• 4.3 去应力退火对弯管滞后回弹的影响56-58
• 4.3.1 奥氏体不锈钢去应力退火工艺56
• 4.3.2 去应力退火对 1Cr18Ni9Ti滞后回弹的影响56-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 滞后回弹的有限元分析59-74
• 5.1 黏弹性和黏弹塑性材料本构模型建立59-64
• 5.1.1 5A03铝合金管黏弹性材料模型59-61
• 5.1.2 1Cr18Ni9Ti不锈钢管黏弹塑性材料模型61-62
• 5.1.3 蠕变型材料模型62-64
• 5.2 管材变形有限元模型64-66
• 5.2.1 管材拉伸滞后回弹建模64-65
• 5.2.2 管材回转牵引弯曲建模65-66
• 5.3 管材变形有限元结果分析66-72
• 5.3.1 蠕变及应力松弛模拟结果66-68
• 5.3.2 拉伸滞后回弹模拟结果68-69
• 5.3.3 弯曲回弹模拟结果69-72
• 5.4 本章小结72-74
• 结论74-76
• 参考文献76-80
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单80-81
• 致谢81

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本文编号：645981