管材力学性能直接测试及FLD的建立

论文摘要

管材胀形实验是一种新的直接测试管材应力应变关系的方法,比传统的单向拉伸实验能更准确地测试管材的力学性能。本文首先对管材胀形过程进行了理论分析。基于椭圆形轮廓线的假设,建立了两端固定状态下管材胀形的解析模型,给出了应力应变关系曲线建立的方法和步骤,探讨了影响椭圆形形状的主要因素,并得出了管材初始胀形区长度、胀形最高点高度和胀形模具的接触角半径对椭圆形轮廓线形状的影响规律:当其他条件一定时,管材初始胀形区长度越长,模具接触角半径越小,轮廓线椭圆的长短半轴比值越大;胀形最高点高度越高,轮廓线椭圆的长短半轴比值越小。其次,对两端固定和两端自由状态下的管材胀形过程进行了有限元模拟。利用Dynaform5.5进行数值模拟,根据模拟所得数据通过理论分析所确立的方法与步骤,建立了应力应变关系曲线,系统分析了初始胀形区长度、胀形最高点高度和胀形模具的接触角半径对椭圆轮廓线的影响规律,通过比较发现所得影响规律与理论分析结果一致。然后,设计并加工了管材自由胀形实验装置和位移测量装置,并进行了不同胀形区长度、不同接触角半径的胀形实验。采集了胀形过程中的液体压力、胀形高度、最高点厚度等。利用实验数据,拟合得到管材胀形后的轮廓线,并通过理论分析的方法,计算得到应力应变关系曲线。结果表明:不同初始胀形区长度所对应的应力应变关系曲线不同,且都低于单向拉伸曲线;接触角半径和胀形区长度对椭圆轮廓线的影响与理论分析和模拟结果是一致的。最后,对SPCC管材胀形过程进行了数值模拟,分析了管材两端固定和两端自由胀形过程中典型应变状态点与胀形区长度之间的关系,并据此进行了两端自由的管材胀形实验,得到了对应的管材破裂成形极限图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 管材力学性能测试方法及研究现状
• 1.2.1 管材力学性能传统测试方法
• 1.2.2 管材力学性能直接测试方法
• 1.2.3 管材胀形实验法的研究现状
• 1.3 管材成形性能测试方法及FLD建立
• 1.3.1 内高压成形失效形式
• 1.3.2 成形极限图及其建立
• 1.3.3 破裂成形极限图研究
• 1.4 课题来源及研究的目的和意义
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 管材力学性能直接测试的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 基本假设
• 2.3 胀形过程的理论分析
• 2.3.1 胀形过程的几何分析
• 2.3.2 胀形过程的力学分析
• 2.3.3 应力应变曲线的获得
• 2.4 胀形轮廓线影响因素
• 2.4.1 模具接触角半径的影响
• 2.4.2 胀形最高点半径的影响
• 2.4.3 管材胀形区长度的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 管材液压胀形数值模拟
• 3.1 引言
• 3.2 Dynaform软件简介
• 3.3 有限元模型
• 3.3.1 有限元模型建立
• 3.3.2 模型参数的设置
• 3.3.3 毛坯网格的划分
• 3.4 管材两端固定的胀形
• 3.4.1 管材胀形轮廓线分析
• 3.4.2 应力应变曲线的建立
• 3.4.3 最高点壁厚减薄分析
• 3.4.4 胀形最高点直径分析
• 3.5 管材两端自由的胀形
• 3.5.1 管材胀形轮廓线分析
• 3.5.2 应力应变曲线的建立
• 3.5.3 最高点壁厚减薄分析
• 3.5.4 胀形最高点直径分析
• 3.6 两种状态的应力应变曲线对比
• 3.7 本章小结
• 第4章 管材力学性能直接测试实验
• 4.1 引言
• 4.2 管材胀形实验
• 4.2.1 胀形实验示意图
• 4.2.2 位移测量系统
• 4.2.3 胀形实验装置
• 4.2.4 胀形实验方案
• 4.2.5 胀形实验步骤
• 4.3 实验结果分析
• 4.3.1 成功胀形后的管材
• 4.3.2 胀形后管材轮廓线
• 4.3.3 真实应力应变曲线
• 4.3.4 对比单向拉伸实验
• 4.4 本章小结
• 第5章 管材胀形破裂FLD的建立
• 5.1 引言
• 5.2 破裂成形极限FLD上典型应变状态点的确定
• 5.2.1 管坯两端自由状态
• 5.2.2 管坯两端固定状态
• 5.3 破裂成形极限FLD的实验测定
• 5.3.1 胀形实验方案
• 5.3.2 实验所得管材
• 5.3.3 实验所得FLD
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢