U型材单轴柔性滚弯成形技术研究及其有限元分析

论文摘要

单轴柔性滚弯是一种先进的、高度柔性的钣金制造工艺,与传统的弯曲方法相比,生产的弯曲件具有强度高、表面质量好、成本低等特点,特别适用于航空航天及汽车工业中小批量甚至是单件零件的生产。本文详细地介绍了单轴柔性滚弯技术,主要研究工作如下:1.根据单轴柔性滚弯成形技术原理,在实验室现有设备数控渐进成形机床的基础上,设计滚弯U型截面型材的滚弯装置。实验研究表明,单轴柔性滚弯系统存在一临界进给量,当进给量超过该值后,工件弯曲曲率半径不再随进给量的增大而变小,达到一个极限半径,并且该半径与刚性滚的直径成正比。2.从单轴柔性滚弯过程受力分析方面着手,在对工件受力与变形情况进行一些假设简化的基础上,根据弹塑性理论提出了描述单轴柔性滚弯U型截面型材的理论模型,获得了工件回弹后曲率半径与各个主要影响因素之间的理论公式。3.在有限元分析当中,常用应变能函数描述橡胶材料的力学性能。本文对橡胶类材料的常用应变能函数进行了描述,以“Mooney-Rivilin”模型为本文有限元分析中橡胶的本构模型,利用单轴拉伸和单轴压缩实验数据拟合“Mooney-Rivilin”模型的两参数。4.利用有限元软件MSC.marc建立了单轴柔性滚弯U型材模型,并对成形及回弹过程进行了有限元模拟仿真。根据有限元计算结果,对影响工件回弹成形的参数进行了分析,验证了实验中得出的柔性滚弯技术的重要特征,与实验结果对比表明,有限元分析具有较高的精度,有一定的实际应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的选题依据和意义
• 1.3 柔性滚弯技术发展概况
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 型材柔性滚弯存在问题概述
• 1.4.1 滚弯回弹问题
• 1.4.1.1 回弹现象
• 1.4.1.2 回弹产生原因
• 1.4.1.3 经典回弹公式的建立
• 1.4.2 型材弯曲缺陷分析
• 1.4.2.1 起皱现象
• 1.4.2.2 截面畸变现象
• 1.5 板材弯曲成形数值模拟
• 1.5.1 弹塑性有限元方法研究发展概况
• 1.5.2 板材成形数值模拟国内外研究现状
• 1.6 本课题主要研究内容
• 第二章 单轴柔性滚弯技术原理及实验研究
• 2.1 单轴柔性滚弯技术原理
• 2.2 实验装置及条件
• 2.3 实验结果及数据分析
• 2.3.1 实验结果及讨论
• 2.3.2 型材滚弯后缺陷分析
• 2.3.3 经验公式拟合
• 2.4 本章小结
• 第三章 单轴柔性滚弯力学模型建立与分析
• 3.1 单轴柔性滚弯成形过程
• 3.2 力学模型建立
• 3.2.1 模型的假设与简化
• 3.2.2 弹－幂强化模型的柔性滚弯模型分析
• 3.2.3 弹－幂强化函数函数关系中常数的确定
• 3.2.4 工件回弹公式的提出和建立
• 3.2.5 回弹后曲率半径推导
• 3.2.6 建立工件外部受力与弯曲成形的关系
• 3.3 理论结果与讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 聚氨酯橡胶材料本构关系及材料常数的测定
• 4.1 引言
• 4.2 橡胶类材料本构关系
• 4.2.1 橡胶材料的统计理论
• 4.2.2 橡胶类材料的唯象学理论
• 4.2.2.1 用应变不变量表示的应变能函数
• 4.2.2.2 以伸长率表示的应变能函数
• 4.3 聚氨酯橡胶材料常数的测定
• 4.3.1 测定橡胶材料常数的实验方法描述
• 4.3.2 单轴压缩实验试样
• 4.3.3 单轴拉伸实验拉伸试样
• 4.3.4 实验数据的拟合
• 4.4 本章小结
• 第五章 单轴柔性滚弯U 型截面型材的有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 影响板材滚弯成形模拟结果主要因素分析
• 5.2.1 材料模型
• 5.2.2 单元类型的选取
• 5.2.3 求解算法的选取
• 5.2.4 接触问题
• 5.2.5 卸载路径的选择
• 5.3 单轴柔性滚弯U 型截面型材的有限元模拟分析
• 5.3.1 模型建立
• 5.3.2 分析方案
• 5.3.3 有限元结果分析及讨论
• 5.3.3.1 有限元分析与实验验证
• 5.3.3.2 工件回弹后曲率影响因素分析
• 5.3.3.3 型材截面变形分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文