不锈钢管材推弯成形有限元模拟及实验研究

发布时间：2017-08-14 11:12

  本文关键词：不锈钢管材推弯成形有限元模拟及实验研究

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【摘要】：弯曲管件作为一种典型的轻量级组件和结构承重件被广泛应用于航空航天、建筑、交通、医疗等领域。其中,大口径不锈钢弯头在石油、核电站等战略设施中占有重要的地位,型模式冷推弯成形方法可以有效地提高大口径不锈钢弯头的成形质量,但是相关的研究较少。本文基于MSC.MARC有限元平台,以计算机数值模拟为主,结合实验研究,分析了管材型模式冷推弯成形特点,研究了不同工艺参数对不同尺寸管材成形质量的影响。主要研究结果如下：利用弹塑性有限元方法,选用实体壳单元solid shell 185,并对每个单元定义了单元厚度方向,合理定义摩擦模型、边界条件、加载及卸载过程等,建立了符合实际推制工艺的有限元模型。通过对大口径不锈钢管材推弯成形过程的有限元分析,获得了推制过程及卸载后的管材应力应变分布规律；研究了不同工艺参数对管材应力和应变分布以及成形质量的影响。结果表明：最大残余应力集中在管材弯曲内外侧之间的中间部分,弯曲内外侧的最大残余应变呈现先增大后减小的趋势；管材推制成形后,弯曲内侧壁厚增加,外侧壁厚减小。相对弯曲半径越大,回弹量越大、截面椭圆度越小,壁厚变化也越小；随着摩擦系数的增大,管材横截面椭圆度降低,壁厚减薄率降低；随着推制速度的增加,椭圆度降低,壁厚减薄率降低,增厚率增加。对比研究了不同尺寸管材型模式冷推弯成形特点。探讨了工艺参数对不同尺寸管材成形质量的影响,并设计制造了推弯模具,选择304不锈钢管材进行推弯实验验证。实验结果表明：推弯成形的管材弯曲外侧壁厚与模拟结果的最大差值为1.62%,内侧为3.28%；管材弯曲外侧变形方向残余应力值变化规律和模拟所得的变化规律一致；管材推弯过程中晶粒取向发生偏转。
【关键词】：管材推弯 有限元分析 工艺参数 质量控制
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG306
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 管材弯曲技术的研究现状及发展9-13
• 1.2.1 管材弯曲技术9-10
• 1.2.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.3 管材弯曲技术的发展13
• 1.3 课题研究的意义和主要研究内容13-15
• 2 有限元数值模拟基础15-21
• 2.1 塑性成形力学基础15-17
• 2.2 金属塑性成形中的有限元方法17-19
• 2.2.1 弹塑性有限元法17-18
• 2.2.2 刚塑性有限元法18-19
• 2.3 管材弯曲成形理论基础19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 管材弯曲成形有限元模型建立21-27
• 3.1 有限元分析软件MSC.MARC简介21
• 3.2 管材弯曲成形有限元模型建立21-25
• 3.2.1 几何参数和网格划分21-22
• 3.2.2 单元选择与几何属性22-23
• 3.2.3 材料属性及边界条件的定义23-24
• 3.2.4 接触条件及载荷工况的定义24-25
• 3.3 模型的验证25
• 3.4 本章小结25-27
• 4 管材冷推成形过程的有限元模拟分析27-47
• 4.1 弯管成形过程特征的模拟分析27-32
• 4.1.1 应力应变分布规律27-29
• 4.1.2 壁厚分布情况29-30
• 4.1.3 模具受力特点30-31
• 4.1.4 接触特征规律31-32
• 4.2 工艺参数对成形管材质量的影响32-39
• 4.2.1 成形管材的回弹32-34
• 4.2.2 成形管材的椭圆度34-36
• 4.2.3 成形管材的壁厚分布36-39
• 4.3 缩比尺寸的确定39-43
• 4.3.1 缩比尺寸的确定39-40
• 4.3.2 工艺参数的确定40-43
• 4.4 管内填充芯棒对推弯质量的影响43-45
• 4.4.1 含有芯棒管材的有限元模型44
• 4.4.2 芯棒对管材推弯质量的影响44-45
• 4.5 本章小结45-47
• 5 管材型模式冷推弯成形工艺研究47-56
• 5.1 管材冷推弯成形模具设计及工艺分析47-49
• 5.2 管材型模式冷推弯成形实验49-55
• 5.2.1 实验材料与设备49-50
• 5.2.2 成形管材的壁厚分布50-52
• 5.2.3 成形管材的残余应力分析52-53
• 5.2.4 成形管材的微观组织分析53-55
• 5.3 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 李德群;塑性加工技术发展状况及趋势[J];航空制造技术;2000年03期

2 杨合;李恒;张志勇;詹梅;刘静;李光俊;;弯管成形理论和技术研究进展与发展趋势(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2012年01期

3 夏之秋;顾伟生;朱世根;;TP304不锈钢薄壁管的表面残余应力[J];理化检验(物理分册);2010年06期

4 汪建平;宋晓华;;基于Marc的金属塑性加工有限元模拟[J];轻工机械;2006年01期

5 张振秀,沈梅,辛振祥;有限元软件MSC.Marc/Mentat在橡胶材料分析中的应用[J];世界橡胶工业;2005年12期

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1 曹俊;数值模拟技术在管材推弯成形中的应用[D];合肥工业大学;2009年

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本文编号：672342