管材屈曲和起皱分析

研究了薄壁管在高压成形过程中的屈曲、起皱失稳现象,通过对所建立的弹塑性屈曲（全局屈曲）和起皱（局部屈曲）模型的分析计算,获得了管子屈曲、起皱的初始条件、临界载荷和临界应力计算公式。研究表明,屈曲和起皱的产生取决于几何参数,如相对半径r0/l0和相对厚度d0/r0等,且对长管而言,屈曲是主要的失稳形式,但对于短管,起皱则是主要的失稳形式,薄壁管内压对薄壁管起皱、屈曲没有影响。     

应力加载路径对板壳塑性起皱失稳极限的影响研究

随着航天、航空、国防、汽车等制造技术领域对金属产品轻质化、强韧化的要求不断提高,塑性失稳成为制约其整体成形的难题之一,高效准确预测和预防薄壁构件成形过程中起皱失稳缺陷具有十分重要的意义.以楔形件拉伸试验作为研究对象,通过建立楔形件数值失稳起皱模型,结合分岔原理,提出一种板壳起皱极限图(Wrinkling limit diagram,WLD)数值求解及绘制方法.针对在金属板壳试件成形过程中应力加载路径对起皱失稳的显著影响,通过分析楔形件不同区域的应力加载路径,探究板壳变形时应力加载路径对临界起皱极限的影响.结果表明:对于存在彼此独立、不同受力状态起皱区域的试件,应对不同区域分别建立WLD.不同区域单元应力加载路径对WLD的影响可归纳为临界皱屈主应力比对主应变比的影响:当临界皱屈单元的主应力比越大时,临界皱屈主应变比就越大,即WLD斜率越大,工艺抗皱性越弱;同时,通过比较楔形件不同起皱失稳区域的承载变化过程可知,起皱单元的临界主压应力增加速率会影响板料的临界起皱失稳时刻.     

基于方板对角拉伸试验模型的镀锡板起皱行为数值模拟

基于方板对角拉伸试验(YBT)模型,采用ABAQUS软件对不施加扰动力和不同位置施加扰动力下镀锡板的起皱行为进行了模拟,并进行了试验验证;通过逐级增加夹持宽度,研究了不同起皱高度下方板中心点的应变组合,并绘制镀锡板的起皱高度评定图。结果表明:模拟得到不同位置施加扰动力后方板垂直于拉伸方向的离面位移分布基本相同,扰动力施加位置不会造成起皱行为的显著差异;施加扰动力后,方板中心截面垂直于拉伸方向的离面位移分布模拟结果与试验结果相吻合,说明用扰动力代替实际影响因素的模拟方法是准确的;夹持宽度不同的方板中心点的拉应变与压应变都随起皱高度的增加而增加;在相同起皱高度下,随着夹持宽度的增加,方板中心点的拉应变和压应变均增大。     

内高压成形过程塑性失稳起皱分析

内高压成形过程中,管材的轴向失稳大多发生在塑性阶段,对应的起皱临界载荷是管材进入塑性阶段时的屈服载荷与塑性起皱载荷之和.对于塑性起皱,采用线性硬化材料模型,将本构方程的起算点设置在理想线性强化的起始位置即屈服点,使本构方程有线性形式,建立管材内高压成形起皱临界应力解析表达式.以此为基础讨论力学性能及应力比等对管材内高压成形塑性起皱的影响.结果表明:弹性模量和屈服强度是影响管材抵抗轴向起皱能力的主要力学参数,两者变化参量(决定了管材轴向抗皱能力的变化.当(λ>0时,起皱临界应力绝对值随之增大;当(λ<0时,起皱临界应力绝对值随之减小.应力比对起皱临界应力影响存在两种情况:当最小起皱临界应力对应的起皱失稳发生在颈缩失稳之前,起皱临界应力绝对值随应力比绝对值的增大先减小后增大;当最小起皱临界应力对应的起皱失稳发生于临界颈缩失稳之时,起皱临界应力绝对值随应力比绝对值的增大单调增加.     

薄板起皱失稳数值模拟计算方法

汽车、航天、航空等领域的零件制造轻量化趋势致使管板材成形起皱失稳缺陷的预测成为行业的重点关注问题。基于目前常规数值模拟算法未包含起皱失稳判据从而无法解决起皱数值预测的现状,利用平板对角拉伸试验作为对比验证对象,利用大型平台软件ABAQUS证实了用于模拟薄板变形的常规壳单元动态显式算法（^*DYNAMIC）以及用于结构件屈曲计算的弧长法（^*RIKS）无法用于计算薄板成形起皱问题,尝试并比较了“用于微缺陷引入的特征值分析（^*BUCKLE）+^*DYNAMIC分析”相结合分析方法、“^*BUCKLE分析+^*RIKS分析”相结合的分析方法以及“三维实体单元动态显式算法”三种方式对薄板起皱失稳问题的运算结果,围绕计算精度、适用范围、算法特征等方面对这三种算法进行研究,确立了从多方面考察综合性能最佳的薄板成形起皱失稳数值模拟方法。     

薄钢板拉伸起皱失稳的实验研究

对大型覆盖件的成形，曲面形状精度难以控制，钢板的起皱失稳是主要问题之一。本文用密栅云纹法对方形钢板对角拉伸起皱问题进行了实验，得到了其变形的全场云纹图。获得了方板拉伸不均匀变形过程及起皱临界状态下的位移和应变的全场连续信息。     

管轴压成形失稳起皱力学过程的研究

管轴压成形的先进性、优势及成形过程的成功实施受到变形区开裂和传力区起皱等失稳因素的制约,为此采用理论解析与试验相结合的方法,对失稳起皱的力学过程、影响因素及影响规律进行了研究,并给出了失稳判据,以实现稳定成形时变形参数的取值范围的确定。研究表明:成形过程的失稳起皱受到几何参数、材料参数及摩擦边界条件的共同作用。其中,模具圆角曲率半径是决定性因素,并且存在一个最大和最小圆角半径区域使成形过程顺利进行而不发生失稳起皱;增大管坯材料硬化指数,减小相对厚度及接触面的摩擦,有利于减少失稳的发生。对牌号为5052,原始管平均直径d_0=31.0mm,41.0mm铝管的应用表明所提出的判据是可靠实用的。     

薄壁件塑性成形失稳起皱的国内外研究进展

薄壁类零件由于其塑性成形容易达到对产品精密化、轻量化、强韧化及柔性化的要求 ,广泛应用于当代航天、航空、汽车、化工和其他高技术产业中 ,成为先进塑性加工技术面向 2 1世纪研究与发展的一个重要方向。受压失稳起皱则是影响薄壁件成形过程稳定性的最主要缺陷和障碍之一 ,决定着此类产品成形潜力大小 ,并严重影响着零件的成形质量、精度、模具的寿命及后续工序的完成。因此 ,研究各种不同变形状态下的失稳起皱机理和判断准则 ,准确有效预报和控制成形中失稳现象的产生 ,在薄壁类零件的塑性加工领域就显得极为关键。本文从试验研究、理论分析和数值模拟等 3个方面 ,介绍了国内外对薄壁件特别是管材成形中失稳起皱现象所作的工作和新进展 ,提出了该领域中亟待解决的瓶颈问题     

板带不均匀压下面内弯曲过程失稳起皱的研究

针对金属板带不均匀压下面内弯曲成形技术中迫切需要解决的失稳起皱问题,提出了物理意义明确、易于求解的统一的描述内、外缘起皱的波形函数,建立了统一的内、外缘起皱预测准则:并将该准则引入到刚塑性有限元数值模拟系统IBS中。通过试验验证了所建立的起皱预测准则的可靠性。采用建立的起皱预测准则,研究了几何参数、材料性能参数及边界条件对成形过程起皱的影响规律。这一研究为板带不均匀压下面内弯曲成形过程成形参数的确定和优化提供了依据。     

轴对称拉深成形法兰区起皱失稳变形能及临界压边力

在平面应变假设条件下,对轴对称拉深成形法兰区的起皱失稳问题进行了理论分析。首先采用数学方法,将以积分形式表示的应力解析式进行了简化。在此基础上,进一步简化了起皱过程中变形能的计算式。给出的算例表明,对起皱过程中的变形能分别以简化后的计算式和以原积分式进行计算,其结果误差很小,相对误差小于0.8%。该起皱失稳临界压边力的计算和分析简化方法有助于给出简明和符合实际的起皱判据。     

不同初始结构环壳液压成形理论分析与数值模拟

针对用环壳液压胀形工艺制作弯头过程中存在的失稳起皱问题,从理论上分析了环壳的初始形状对其成形的影响,并用动态有限元分析软件DYNAFORM对其成形进行了数值模拟,模拟结果与实验结果基本一致,同时对起皱原因进行了分析,研究结果表明,通过选择合适的胀前壳体结构,可以有效地改善胀形过程中壳体存在的失稳起皱问题。     

椭球形零件拉深成形失稳点的力学分析和实验研究

通过理论分析和实验研究,提出椭球形零件拉深成形失稳点的概念并确定出失稳点的具体位置参数.采用改变拉深过程压边力和润滑剂等条件对不同牌号钢板、铜板进行试验,得出压边力、润滑剂、材料性能等因素对失稳（起皱和破裂）点的影响规律.     

信息动态

通过理论分析和实验研究,提出椭球形零件拉深成形失稳点的概念并确定出失稳点的具体位置参数.采用改变拉深过程压边力和润滑剂等条件对不同牌号钢板、铜板进行试验,得出压边力、润滑剂、材料性能等因素对失稳(起皱和破裂)点的影响规律.     

考虑周向波形特性的航空管路弯曲成形起皱理论建模与临界成形半径分析

针对传统弯曲起皱理论模型忽略管材周向波形特性造成预测精度不高的难题，基于理论推导和参数拟合建立了管材起皱周向波形函数，结合管材弯曲应力特性建立了其成形起皱机理模型，采用有限元仿真以及实验方法验证了该理论模型的正确性。研究结果表明：新建理论模型的管材起皱预测准确度达到了94.5%,较传统模型提高了12%,改善了传统模型预测精度不高的难题；弯曲半径越小，管材越易起皱。工程中为避免起皱，临界弯曲成形半径不应小于1.89倍管道直径。     

薄壁矩形管弯曲成形起皱变形的研究综述

失稳起皱是薄壁矩形管弯曲成形过程中的主要缺陷之一,严重制约着薄壁矩形管的弯曲成形质量和极限的提高。总结国内外学者和工程技术人员对薄壁矩形管起皱变形的研究现状,着重在实验研究、理论分析和有限元数值模拟三个方面进行讨论,介绍对现有弯曲工艺和模具结构做的研究和改进,最后提出薄壁矩形管弯曲成形起皱变形研究的发展趋势。     

温度对薄板抗起皱性能的影响

连续快速的冷冲压经一段时间后温度升高会影响到薄板的抗起皱性能,为研究温度变化对抗皱性能的具体影响,进行了不同温度下的单向拉伸试验和方板对角拉伸试验,并得到了薄板拉伸件在常温、75℃和150℃下的力学性能。单向拉伸试验结果表明,随着拉伸温度的升高,薄板的弹性模量、屈服强度和切线模量都有不同程度的减小。利用得到的不同温度下的材料参数对方板拉伸试验进行仿真,发现试验和仿真的拉力-拉伸位移曲线吻合较好。对比仿真和试验结果发现,在研究的温度范围内薄板的抗起皱性能易受温度变化的影响,且随着温度升高先后经历了上升和下降的变化过程。     

薄壁零件粘性介质外压缩径成形及数值模拟

介绍了粘性介质外压缩径成形原理,利用有限元软件ANSY/LS-DYNA对成形过程进行了数值模拟,并对缩径过程中粘性介质压力场变化及对筒坯变形过程的影响进行了分析,得到了粘性介质非均匀压力梯度与筒坯褶皱形貌的变化规律.研究结果表明:失稳起皱是影响外压缩径成形的主要因素,缩径过程粘性介质产生的非均匀压力场可以延缓失稳的产生,抑制褶皱的长大,并在一定压力条件下消除了褶皱,从而有助于缩径成形极限的提高.     

柱形件在边角受压下的三向起皱行为

塑性失稳、分叉引起的起皱是材料加工和成形工艺中的常见现象,起皱的出现将影响零部件的成形质量和性能。已有的工作主要集中在一维和二维的起皱行为,为对开模挤压成形初期以及某些低刚度零件的装配过程中出现的三向起皱现象有更深的认识,设计一种通过改变锥模角度以获得皱曲特征的试验方案,得到局部应力集中下的三向皱曲形貌,描述各个方向起皱的特点,系统地分析锥模角度和试样晶粒大小对皱曲的影响。结果表明:柱面凸起高度、凸起距离和起皱波延伸距离随挤压角度的增大而增大;端面凸起高度和起皱波长、延伸距离均随着挤压角度的增大先增加后减小,凸起距离随角度增大单调减小;波长越长时对应起皱延伸越远;试样表面层晶粒越大,起皱波长和延伸距离越大,起皱形貌越明显。     

板料成形中起皱问题的分析及解决方案

从板料的相对厚度、拉深系数、材料的力学性能方面分析了板料在拉深成形过程中失稳起皱的影响因素.针对冲压生产中出现的拉深起皱现象,利用DYNAFORM软件,在模拟与实验工艺参数相一致的条件下,建立了圆筒件成形的仿真模型,并对成形过程进行了数值模拟,验证了仿真模型的正确性.在此基础上对不同压边力条件下的拉深成形进行了分析,得到了合适的压边力参数.生产实验证明,所选的压边力合理.研究结果对实际生产具有重要指导意义.     

断裂试样拉伸屈曲行为的试验及非线性有限元分析

除了压杆模型等几何简单的屈曲问题外,复杂结构的屈曲分析一直是有限元模拟中的一个难点。本文利用ANSYS对薄板紧凑拉伸断裂试样的自由屈曲拉伸试验进行了非线性有限元模拟分析。自由屈曲拉伸试验在岛津拉伸试验机上进行,并采用二维数字图像相关方法定量记录了断裂试样的屈曲变形过程。结果表明,利用有限元方法计算得到的拉伸反力与屈曲位移最大误差不超过20%,因此,有限元分析能够较为准确地模拟复杂试样的屈曲行为。