波纹管液压成形过程的数值模拟与实验研究

发布时间：2017-09-02 07:04

  本文关键词：波纹管液压成形过程的数值模拟与实验研究

  更多相关文章： 波纹管 液压成形 数值模拟 厚度减薄率 加载路径

【摘要】：波纹管的液压成形是利用液体介质在管坯内部施加高压,同时在管坯两端施加轴向推力,从而使管坯沿径向局部扩张变形的一种金属塑性成形工艺。在液压成形过程中,由于管坯材料、模具形状和加载工艺条件的影响,波纹管容易产生屈曲、起皱、破裂等成形缺陷。为了防止成形缺陷的产生并提高成形质量,开展波纹管液压成形技术的研究,具有十分重要的现实意义。本文运用有限元分析软件DYNAFORM,建立了波纹管液压成形的数值模型,通过数值模拟分析了成形后波纹管各部位的变形情况,同时进行波纹管的液压成形实验,对数值模拟结果进行验证,最后分析了轴向进给、成形内压、厚向异性系数对波纹管厚度减薄率的影响。论文的主要研究工作和成果如下:(1)建立了波纹管数值模型,进行了波纹管液压成形过程的数值模拟。数值模型中材料选用了考虑厚向异性系数的Hill屈服准则和J.H.Holloman应变强化模型,管坯与模具之间的摩擦力通过罚函数算法和修正的库仑摩擦定律计算,采用具有强大接触分析功能的动力显式算法求解波纹管成形过程的应力应变场。(2)厚度减薄率是反映波纹管成形质量的主要因素,通过波纹管液压成形过程数值模拟,分析了成形后波纹管各部位的变形情况,发现波峰减薄率最大。同时进行了波纹管成形和测厚实验,比较了波纹管减薄率的数值模拟和实验结果,发现两者吻合较好。(3)研究了轴向进给参数对波纹管减薄率的影响。比较了轴向进给位移的四种加载路径:台阶形路径、双线性路径、单线性路径和二次曲线路径对波纹管减薄率的影响,结果为台阶形和二次曲线路径减薄率较大,单线性路径减薄率次之,双线性路径的减薄率较小。说明在总轴向进给位移不变条件下,成形初期快速进给有利于减小波纹管的减薄率。(4)研究了成形内压对波纹管减薄率的影响。采用先升压后保压的梯度加压曲线,波纹管厚度减薄率随着成形内压的升高而增大。但如果成形内压过低,会因成形内压与轴向进给之间匹配不合理,导致波峰处出现明显皱折的现象。(5)为了考虑波纹管液压成形过程中材料的各向异性,采用厚向异性系数反映面内变形和厚向变形的差异。通过不同厚向异性系数材料波纹管成形数值模拟,发现随着厚向异性系数的增大,材料抵抗厚度方向的变形能力增大,因此减薄率减小。
【关键词】：波纹管 液压成形 数值模拟 厚度减薄率 加载路径
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG394
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题的背景及研究意义11-14
• 1.1.1 课题的背景11-14
• 1.1.2 课题的研究意义14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 管材本构方程的研究进展15-17
• 1.2.2 材料性能的研究进展17-18
• 1.2.3 工艺参数的研究进展18-19
• 1.3 本文主要研究内容19-21
• 第2章 波纹管液压成形的数值模型21-30
• 2.1 波纹管液压成形的有限元算法21-22
• 2.2 材料模型22-25
• 2.2.1 屈服准则22-24
• 2.2.2 本构关系24-25
• 2.3 单元类型25-26
• 2.4 管坯与模具的接触问题26-27
• 2.4.1 接触处理26
• 2.4.2 摩擦处理26-27
• 2.5 有限元软件DYNAFORM简介27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第3章 波纹管液压成形工艺及数值模拟30-40
• 3.1 引言30
• 3.2 波纹管有限元模型30-32
• 3.2.1 几何模型31
• 3.2.2 材料模型31-32
• 3.2.3 边界条件32
• 3.3 主要工艺参数的确定32-35
• 3.3.1 轴向进给32-33
• 3.3.2 屈服压力33
• 3.3.3 破裂压力33-34
• 3.3.4 成形内压34-35
• 3.4 虚拟加载时间的选取35-37
• 3.4.1 虚拟加载时间简介35
• 3.4.2 不同虚拟加载时间的影响35-37
• 3.5 波纹管液压成形过程实验37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 液压成形参数对波纹管减薄率的影响40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 加载路径对波纹管减薄率的影响40-45
• 4.2.1 波纹管厚度变化与应力状态的关系40-41
• 4.2.2 加载路径简介41
• 4.2.3 轴向进给对波纹管减薄率的影响41-43
• 4.2.4 成形内压对波纹管减薄率的影响43-45
• 4.3 厚向异性系数对波纹管减薄率的影响45-47
• 4.3.1 厚向异性系数简介45-46
• 4.3.2 不同厚向异性系数的影响46-47
• 4.4 本章小结47-49
• 第5章 结论与展望49-51
• 5.1 结论49-50
• 5.2 展望50-51
• 符号说明51-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-56
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果56

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本文编号：777055