冷弯残余应力的研究

论文摘要

冷弯薄壁型钢的残余应力是由于构件在生产和制造过程中产生的塑性变形引起的,是构件尚未承受外力作用前存在于结构内部的一种初始自相平衡力系。残余应力的存在使得结构在承受荷载后残余应力与荷载作用应力叠加,影响结构的性能。本文采用电化学腐蚀的方法,不仅吸取一些学者的经验,还做了适当改进。从切割具的制造,腐蚀液的配比,保护层的选材和制作工艺做了探索,形成了一个可靠稳定的方法;对3.0mm、3.5mm、4.5mm、5.0mm厚各10个等边角钢进行测量,测出纵向残余应力的值;根据板材成型的特点,将成型过程分为弯曲和回弹,用弹塑性理论分析弯曲过程,用回弹弯矩作用的弧梁来分析回弹过程,将两种过程产生的应力叠加,得到成型过程中的残余应力,理论分析表明影响纵向残余应力的因素是相对弯曲半径和厚度,其中相对弯曲半径的影响比厚度影响明显;用有限元软件ANSYS进行模拟,模拟出来的值与测点处的值进行对比,模拟结果与试验结果吻合,验证了模拟方法的正确性;最后采用此方法进行模拟,分别模拟厚度为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm的等边角钢,每种厚度试件取相对半径为2、3、4、5、6各一个,得到内外表面纵向残余应力的最大值;结合模拟和理论分析的结果,并对理论和模拟之间的误差进行了分析,根据影响残余应力的相对半径和厚度两个因素,提出一个与厚度和相对半径有关的计算等边角钢内外侧最大纵向残余应力的近似计算公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 问题的提出
• 1.2 残余应力的产生及影响
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 残余应力场的研究现状
• 1.4 本文研究的内容、方法和目标
• 1.5 本文研究的意义
• 第二章 实验介绍与实验结果
• 2.1 实验介绍
• 2.1.1 试验方法的介绍
• 2.1.2 试验操作过程
• 2.2 试件相关参数和试验结果
• 第三章 残余应力场的分析
• 3.1 引言
• 3.2 残余应力的应力场理论分析
• 3.2.1 板材成型过程和特点
• 3.2.2 材料的变形特点
• 3.2.3 应力应变状态分析
• 3.2.4 塑性弯曲应力公式的推导
• 3.2.5 塑性弯曲的应力的分布
• 3.2.6 回弹应力场理论分析
• 3.2.7 残余应力的分布
• 第四章 有限元模拟
• 4.1 有限元基本介绍
• 4.1.1 ANSYS 软件简介
• 4.1.2 ANSYS 典型分析的基本过程
• 4.1.3 非线形分析
• 4.1.4 非线形分析步骤综述
• 4.2 冷弯直角角钢的成型的有限元模拟
• 4.2.1 简化过程
• 4.2.2 建模准备
• 4.2.3 有限元模拟
• 4.3 对不同厚度和不同相对弯曲半径的模拟分析
• 4.4 残余应力的分布特点
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录