纯弯曲过弯矫直等价原理及其试验验证

矫直是大口径埋弧直缝焊管生产过程中处理直线度不达标管件的关键性技术,研究矫直过程中的变形规律是合理确定矫直工艺参数的理论基础。根据矫直过程中弯曲小变形的特点,提出初始当量应变的概念,借此建立平面曲梁初始曲率分布与应变分布之间的联系。基于弹塑性小变形纯弯曲工程基本假设,导出平面曲梁小变形反向纯弯曲的几何方程和弹复方程,进而理论上论证曲梁过弯矫直与直梁纯弯曲之间的等价关系,从而给出过弯矫直等价原理,即曲梁矫直所需弯矩载荷与同材质、同形状的直梁弯曲成待矫曲梁形状所需载荷的等价关系。用三点弯曲和四点弯曲及其反向弯曲试验证实过弯矫直等价原理的正确性,为过弯矫直工艺方案和控制策略的确定奠定了理论和试验基础。     

管件压力矫直过程中材料性能参数在线识别

鉴于大型直缝焊管的几何特殊性,多采用压力矫直的方式修正其直线度。受材料批次、热处理、变形情况等因素的影响,焊管的性能参数会有较大波动,准确地识别出管件的材料性能参数是提高矫直精度的一个重要条件。采用有限元方法验证了相同截面形状、相同材质的小曲率曲管在压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系;依据直管三点弯曲过程的理论模型建立了在线识别材料性能参数的识别系统,只需输入管件的几何参数、矫直模具参数、载荷-行程实验数据,即可获取管件的真实材料性能参数。大型管件的有限元仿真结果和小尺寸管坯的试验结果均验证了识别系统的可行性、可靠性。     

钢轨端部压力矫直工艺参数的计算方法

矫直载荷和矫直行程是钢轨端部压力矫直过程的两个重要工艺参数.在现有研究的基础上,结合实例应用ANSYS软件对钢轨端部弯曲的压力矫直进行了有限元分析,获得了矫直过程的载荷-挠度曲线.同时,以弹、塑性力学理论为基础,在现有矩形截面和轴类工件的压力矫直过程模型研究基础上,推导建立了工字截面工件的矫直过程模型,获得钢轨端部弯曲矫直所需矫直载荷和矫直行程的计算方法.运用该计算方法结合实例进行了矫直工艺参数的理论计算,并将该理论计算结果与ANSYS模拟结果进行比较,发现两者非常接近,误差较小,在一定程度上验证了基于矫直过程模型的理论计算方法的正确性,对于现场生产具有实际指导意义.     

阶梯管件的矫直方法研究

针对单弧度弯曲阶梯管件,采用三点过弯压力矫直的修正方式,根据材料弹塑性力学理论,基于双线性强化弹塑性材料本构关系,解析了考虑变截面处应力集中因素的阶梯管件变形过程,推导了矫直行程计算公式.利用有限元软件显示动力学分析的阶梯管件矫直模拟过程以及相应的矫直实验对模型的正确性进行了验证,仿真和实验结果表明,矫直后的阶梯管件具有直线度高,矫直效果好的特点.     

金属棒材四点弯曲压力矫直行程预测模型研究

为改善工件矫直过程中的应力应变分布,提高精密矫直的精度,建立了金属棒材四点弯曲压力矫直行程预测模型。首先,基于三点弯曲压力矫直理论对矫直过程中金属棒材的弹塑性变形进行分析,推导四点弯曲压力矫直的弹塑性变形规律;其次,采用有限元模型进行四点弯曲压力矫直仿真分析;最后,采用自主研发的数控压力矫直机进行实验,将获得的实验结果与理论和仿真分析结果进行对比。结果表明:采用双压头双支撑结构的四点弯曲压力矫直方案在精度和工件变形上均优于三点弯曲压力矫直方案,可广泛应用于直线金属棒材精密矫直工艺。     

辊式矫直系统钢筋压下挠度计算方法研究

辊式钢筋矫直过程中压弯挠度工程计算方法的研究可以有效提高钢筋矫直精度。针对一个典型矫直单元,运用弹塑性理论,通过建立适当的数学模型,对任意弯曲状态的钢筋在矫直过程中的应力及应变进行分析,基于MATLAB和弹塑性力学分析方法,通过多项式曲线拟合,揭示了反弯曲率比、弯矩和挠度之间的数学关系,推导出显函数关系式,利用残余曲率比,经过简单的数学计算就可以计算出反弯挠度,便于参数化计算,为辊式矫直压下量的工程计算奠定了理论基础。     

中小型轴类零件旋转弯曲矫直工艺数值模拟研究

直线度是轴类零件重要的质量参数之一,矫直是轴生产过程中的一道必要工序。针对现有矫直工艺的局限性,提出中小型轴类零件旋转弯曲矫直工艺。基于通用有限元软件LS-DYNA,使用Y-U强化模型对工艺过程进行了数值模拟研究,揭示其矫直机理,探究各因素对矫直效果的影响。研究结果表明,矫直过程中材料任意质点应力均经历多次的正负交替变化,在逐渐卸载过程中使轴向任意微段的曲率逐渐趋近于零,实现其矫直。残余挠度随着弯曲量的增加而降低,当弹区比达到0.2时,残余挠度达到了最小。随着旋转速度的增加,残余挠度先减小再增大,当旋转速度与弯曲量的比值为125r/rad时,矫直效果较好。长径比、初始挠度(大小及挠曲形式)以及初始残余应力对矫直效果影响较小,采用相同的工艺参数均取得了良好的矫直效果。数值模拟结果验证了工艺的可行性,无需经过复杂的初始挠度测量,光轴和阶梯轴矫直后残余挠度均在0.1mm以内。     

棒材弹塑性反弯矫直过程中的挠度计算

矫直过程中 ,试件能否顺利咬入、能否保证矫直质量 ,压下量的取值起着关键性作用。本文将棒材看成一根连续弯曲的粱 ,通过对其在弹塑性反弯矫直过程中的变形分析 ,精确给出反弯矫直过程中的挠度与弯矩、曲率和塑性层深度系数的函数关系式 ,为矫直辊压下量的取值奠定理论依据     

塑性强化材料矫直反弯特性研究

为了深入研究塑性强化材料在平行辊式矫直过程中一次反弯与二次反弯特性的关系,根据工程弹塑性力学的基本原理,建立基于强化弹塑性材料辊式矫直弯曲力学模型。通过解析法描述两次反弯过程中的应力关系,给出辊式矫直过程中截面弯曲过程材料残余应力分布、弯矩比、加载应力变化过程。证明两次反弯过程中经历一次反弯后,二次反弯截面弯矩比与曲率比不再是原有简单M-C关系,而是与一次弯曲曲率比、二次弯曲曲率比与强化系数相关的函数。理论上证明原有弯曲理论不再完全适用于多次连续反弯矫直过程。解析结果表明,辊式矫直过程中经历二次反弯的材料截面弹性极限弯矩值下降,矫直弯曲减小,回弹比增大。同种材料考虑强化与不考虑强化矫直后残余应力均方差分别为71.2与65.6,回弹比均值分别为0.49和0.43。     

棒材二辊矫直机单曲率辊型曲线及矫直精度研究

在充分考虑棒材二辊矫直机生产工艺特点的基础上,针对典型产品设计了单曲率辊型,给出了辊型数据和辊型曲线图。从矫直基本原理入手,根据弹塑性弯曲理论,建立了矫直精度的理论计算模型。应用迭代法计算了轧件一次弯曲矫直时的弯曲力矩和相应的反弯曲率,计算给定方案下形成的残余曲率求解结果以及每米长弦高求解结果。将理论计算值与现场实测数值进行了对比,发现两者比较吻合。利用大型有限元分析软件对单曲率辊型和双曲线辊型矫直过程进行了模拟,结果表明单曲率辊型要优于双曲线辊型。     

型钢辊式矫直压弯挠度的弹塑性探究

主要对型钢矫直压弯中的辊式矫直压弯技术的具体内容进行了分析,并分别对型钢压弯挠度传统理论解析方法、工程计算方法和精确解法进行了研究,得到了多辊矫直时各辊压弯挠度与弯矩所具有的相关联系,指出在具体工程的操作当中可以简单将其作为一种线性关系。     

压下量对工字钢矫直质量的有限元分析

通过建立工字钢有限元模型,在不同压下量的条件下对工字钢矫直过程进行动态仿真模拟,随着压下量的变化,分析矫直后工字钢残余应力的分布规律,给出在矫直工字钢过程中的应力、应变分布.该仿真结果对确定矫直变形规律具有一定的实际指导意义.     

管件弯曲成形回弹预测模型研究

为提高管件弯曲成形回弹预测精度,根据梁纯弯曲理论对管件横截面的应力应变进行分析,对整个横截面弯矩M而言弹性变形区域弯矩Me可忽略不计,用幂函数硬化模型描述整个横截面的关系,建立了管件回弹角度、回弹后曲率半径预测模型。回弹角度随弹性模量E、管件外径D、材料硬化指数n的增大而减小;随着管件壁厚t、弯曲角度α、材料硬化系数K的增大而增大。部分试验值与理论值的比较表明,回弹预测值与试验值吻合较好,验证了理论分析的正确性与预测模型的有效性。     

偏心挤压成形管材弯曲件研究

采用偏心挤压的方法,实现了弯曲管件一次性挤压成形;采用有限元法,在DEFORM-3D软件上实现了弯曲铝合金管件偏心挤出过程的三维数值模拟,分析了偏心挤压过程速度场分布、材料流动规律、 挤压力和应力场分布;介绍了一次性挤压直接成形弯曲管件的机理,从模具设计及实际试验方面对偏心挤压进行了进一步的研究.     

大型管件管端过弯矫圆控制策略研究

管端过弯矫圆是规范大型管件管端椭圆度的重要工序之一,研究其变形过程的刚端影响及工艺控制策略是合理确定矫圆工艺参数的基础。首先通过实验验证了矫圆与压扁之间的等价关系以及管端压扁与短管整体压扁之间的相似关系,进而结合短管压扁过程的数值模拟给出了管端矫圆的控制策略。实验验证结果表明,该控制策略可以将残余椭圆度控制在0.5%以内。     

薄壁管材矫直曲率半径数学模型及其验证

矫直曲率半径作为矫直工序的核心工艺参数,对管材特别是薄壁管材的矫直精度起到决定性作用。而目前在薄壁管材的矫直生产中,仍然沿用经典理论的数据图表,结合人工经验和反复试矫对其进行估定,亟待建立精确的矫直曲率半径数学模型以指导生产,为此基于薄壳构件弹塑性理论及其相关假设建立了针对薄壁管材矫直变形区的应力应变关系模型,进而对变形区弯曲力矩进行解析,运用经典卸载规律建立薄壁管材矫直曲率半径的数学模型方程,同时给出求解方法。通过有限元仿真分析和现场试验,并与经典矫直理论的计算结果进行对比,证明该模型在处理薄壁管材矫直问题时是正确和有效的,为继续深入研究矫直相关工艺参数的合理设置、完善薄壁管材矫直理论体系奠定基础。     

薄壁管材等曲率矫直极限弯曲半径建模与分析

薄壁管材等曲率矫直极限弯曲半径作为重要的工艺参数,直接决定了矫直设备结构和管材产品质量。而目前现场仍沿用经验图表结合人工经验和反复试矫对其进行估定,亟待建立针对性的极限弯曲半径数学模型以指导生产,为此基于薄壳理论的相关假设,确定了变形区的应力应变状态,以塑性拉伸失稳为失效形式,运用塑性增量理论和Swift分散失稳准则建立了极限弯曲半径的解析模型,经有限元仿真验证了模型的正确性,定性分析了极限弯曲半径的影响因素,为继续深入研究矫直相关工艺参数的合理设置、完善薄壁管材矫直理论体系奠定基础。     

棒材高精度二辊矫直质量控制策略研究

高精度矫直辊辊型设计及工艺参数控制是二辊矫直机的核心技术。为了满足高精度棒材矫直要求,在辊型设计过程中依据矫直辊磨损状态、弹塑性理论、塑性变形硬化系数求解模型及中性层偏移理论,提出“凹三凸二”分段辊型的矫直辊组合形式及辊型设计方法。在此基础上,根据棒材与矫直辊的局部线接触状态,建立棒材二辊矫直倾角及辊缝估算模型,进而探讨二辊矫直工艺参数（倾角、辊缝、矫直速度和导板间距）的变化规律和控制策略,并给出具体设计实例和有限元模拟分析。从矫直力、塑性变形深度、直线度及残余应力等角度,证明该辊型设计方法和工艺控制策略的有效性,且现场试验矫后的棒材直线度小于1 mm/m,完全满足棒材高精度矫直标准。     

H型钢矫直过程的有限元仿真

以H型钢矫直过程为研究对象,建立了矫直辊与型钢三辊弯曲矫直的仿真模型;采用ANSYS软件,对上下、左右挠度和翼缘斜度矫直过程进行了仿真分析,计算了H型钢的应力与残余应力状态,分析了矫直时翼缘与腹板之间产生裂纹的原因,提出了改善H型钢矫直质量的合理工艺方案.     

某型飞机机翼弯曲变形的仿真计算

飞机在飞行过程中机翼会发生弯曲变形,从而影响飞机控制系统中机械备份钢索传动装置的正常工作.因此在地面上建立机翼的模型,并使其弯曲变形,且接近实际的变形状态是十分必要的.为解决模拟机翼弯曲变形并使其接近实际变形状态的问题,建立了机翼的简易模型,以等宽、等厚、等截面的悬臂梁作为模拟机翼的简化模型,推导了力与挠度方程组,并考虑了机翼的自身重量和钢索操纵力对模拟机翼挠度的影响,经过一系列计算得到当有10点作用在悬臂梁时,模拟机翼的挠曲状态最接近机翼的实际挠曲状态,并推算得到10个作用点的坐标和作用力的大小,最后利用CATIA中的有限元分析进行了受力分析位移的仿真.通过对比仿真后的挠度和计算所得挠度可知,计算所得到的期望点的挠度与仿真所得误差很小,对比结果验证了计算的合理性.