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数控弯管回弹的有限元数值预测与补偿研究

作　者: 栗振斌
导　师: 付增祥；杨合
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 薄壁管数控弯曲回弹有限元模拟补偿系统
分类号: TG306
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 331次
引　用: 8次
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内容摘要

薄壁弯管件以其优良的力学性能、多样的功用性和较高的性价比在航空航天等领域获得了广泛的应用。回弹是管材弯曲卸载后必然发生的现象，回弹现象的存在严重影响了弯管生产的精度和效率，从而也就成为重点研究对象之一。因此，本文采用有限元数值模拟对不锈钢和铝合金两种材料薄壁管件的弯曲回弹规律进行了详细的研究，主要的研究内容及成果如下： (1) 研究了薄壁管件的弯曲成形机理，对该成形过程建立了符合实际的弹塑性有限元模拟模型。对管弯曲回弹有限元模型中的关键技术进行了研究，模拟中采用三维管弯曲几何模型，并采用八节点实体单元实现计算模型的离散化。对于弯曲过程中的接触问题采用了面一面接触模式，并采用库仑摩擦模型处理接触面间的摩擦问题。有限元模型的建立及关键技术的处理为弯管回弹规律的研究奠定了基础。 (2) 基于管弯曲回弹有限元模拟模型研究了弯曲工艺参数和材料参数对管弯曲回弹的影响规律。结果表明，弯管回弹角随弯管角度、相对弯曲半径及芯棒与管壁间隙的增大而增大；随材料硬化指数的增大而减小；随材料硬化系数的增大而增大。 (3) 基于已获得的弯管曲回弹规律，采用VB(Visual Basic)语言、SQL(Structure Query Language)语言及微软Access数据库软件设计并开发了通过数控过弯实现弯管回弹补偿的系统。从而为管材弯曲回弹角的补偿提供了一条可行的途径。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
本文的主要创新与贡献  7-11
第1章绪论  11-22
  1.1 引言  11
  1.2 数控弯管的成形工艺  11-13
  1.3 数控弯管加工中常见的质量缺陷  13-14
  1.4 有限元模拟技术及其在板材成形中的应用  14-16
  1.5 国内外研究现状  16-20
  1.6 选题背景与意义  20-21
  1.7 本文的主要研究内容  21-22
第2章有限应变弹塑性有限元基本原理  22-34
  2.1 引言  22
  2.2 物体运动描述的两种坐标系  22-25
  2.3 大变形情况下的应力和应变度量  25-28
    2.3.1 应变的度量  25-26
    2.3.2 应力的度量  26-28
  2.4 大变形弹塑性本构方程  28-29
  2.5 大变形弹塑性有限元求解方程  29-33
  2.6 本章小结  33-34
第3章薄壁管弯曲成形及回弹的有限元建模与关键技术的处理  34-50
  3.1 引言  34-35
  3.2 薄壁管弯曲及回弹的力学建模  35-38
    3.2.1 薄壁管弯曲回弹原理  35
    3.2.2 薄壁管弯曲成形力学建模分析  35-38
  3.3 薄壁管弯曲及回弹有限元模拟计算模型的建立  38-46
    3.3.1 几何模型的建立  38-39
    3.3.2 离散单元选取  39-40
      3.3.2.1 实体单元选取  39-40
      3.3.2.2 接触单元选取  40
    3.3.3 网格划分  40-44
      3.3.3.1 有限元分析对网格划分的要求  40-41
      3.3.3.2 管坯的网格划分  41-42
      3.3.3.3 接触面的网格划分  42-44
    3.3.4 载荷加载与方程的求解  44-46
  3.4 关键技术问题处理  46-49
    3.4.1 有限元求解算法的确定  46-47
    3.4.2 接触问题的处理  47-48
    3.4.3 摩擦问题的处理  48-49
    3.4.4 材料本构模型的选取  49
  3.5 本章小结  49-50
第4章薄壁管弯曲回弹规律及补偿研究  50-73
  4.1 引言  50
  4.2 分析参数的选择  50
  4.3 管弯曲回弹规律的研究  50-66
    4.3.1 不锈钢弯管回弹规律的研究  50-64
      4.3.1.1 不锈钢薄壁管弯曲应力应变分析  51-59
      4.3.1.2 管弯曲角度对回弹角的影响规律  59-60
      4.3.1.3 管相对弯曲半径对回弹角的影响规律  60-61
      4.3.1.4 芯棒尺寸对回弹角的影响规律  61-62
      4.3.1.5 材料硬化指数及强度系数对弯管回弹角的影响规律  62-64
    4.3.2 铝合金弯管回弹规律的研究  64-66
  4.4 实验验证  66-67
  4.5 数控弯管回弹补偿研究  67-72
    4.5.1 弯管回弹补偿思想的提出  67-68
    4.5.2 弯管回弹补偿系统的设计  68-69
    4.5.3 回弹数据库的建立与数控过弯补偿的实现  69-72
  4.6 本章小结  72-73
结论  73-74
参考文献  74-78
攻读硕士学位期间发表的论文  78-79
致谢  79-80

数控弯管回弹的有限元数值预测与补偿研究

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