内压支撑下薄壁管弯曲变形力学分析

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1、内压支撑下薄壁管弯曲变形力学分析胡蓝苑世剑哈尔滨工业大学金属精密热加工国家重点实验室哈尔滨150001摘要管件内压弯曲又称为管件充液弯曲具有减小截面畸变延缓薄壁管内侧失稳起皱提高弯曲成形极限等优点支撑内压在其中起到了关键性的作用对于环向和轴向的应力应变分量具有重要影响本文采用塑性理论对内压和弯矩共同作用下的薄壁管弯曲变形进行理论分析考虑内压对微元平衡方程的影响建立一个新的理论分析模型通过求解非线性方程组得到薄壁管应力应变的分布规律定量分析内压对薄壁管应力应变的影响趋势同时通过将有限元分析得到的应力应变分量的信息与理论解

2、进行对比发现理论预测和模拟结果相符合验证所建立的理论分析模型的可靠性结果表明轴向和环向应力随内压升高均大大提高环向应变随内压升高线性递增而厚向应变线性减小关键词薄壁管弯曲内压塑性理论有限元分析中图分类号TG394PlasticDeformationAnalysisofThinwalledTubeBendingunderInternalPressureHULanYUANShijianNationalKeyLaboratoryofPrecisionHotProcessingofMetalsHarbinInstituteof

3、TechnologyHarbin110016AbstractThehydrobendingprocessofthinwalledtubeprovidesseveraladvantagesThesectionflatteningisminimizedbycontrollingtheinternalpressureandtheinternalpressuredelaystheonsetofwrinklingonthecompressionsideandbooststhebendinglimitofthethinwalled

4、tubeAnewinfinitesimalequilibriumequationforthehydrobendingprocessconsideringtheeffectofinternalpressureisestablishedThenbasedontheplastictheorythenumericalsolutionsforthestressandstraincomponentsareobtainedforatypicalthinwalledtubeThefiniteelementanalysisisalsoc

5、onductedtoverifythetheoreticalmodelBycomparingthetheoreticalresultwiththenumericalresultsitisfoundthatthetheoreticalpredictionandsimulationresultsareingenerallygoodagreementTheaxialandcircumferentialstressesgoupwiththeincreasingofinternalpressureThecircumferenti

6、alstrainincreaseslinearlywithpressureincreasingwhereasthethicknessstraindecreaseslinearlyasinternalpressureincreasesKeywordsThinwalledtubeBendingInternalpressurePlastictheoryFiniteelementanalysis而相同尺寸参数的管件采用心轴数控弯曲时内侧出[3]0前言现起皱SONG等对铝合金薄管的内压弯曲试验研究也表明提高内压可延缓薄壁管截面畸

7、变提随着航空航天领域对结构减重可靠性和紧凑高弯曲成形极限采用屈服内压时管件的极限相对性要求的提高对薄壁弯管质量和成形技术提出了弯曲半径达到28更高的要求由于薄壁管临界屈曲应力较低当弯管件弯曲是一个复杂的弹塑性变形问题由于曲内侧压应力超过其临界屈曲应力时极易出现失存在轴向和环向双重曲率且二者由异号弯曲内侧稳起皱作为先进管件塑性弯曲技术的一种内压逐渐转变为同号弯曲外侧导致截面不同区域受弯曲方法通过控制管内支撑内压有效减小截面畸力情况各异对于此类复杂的三维受力情况一般变并在一定程度上提高弯曲成形极限特别适于将问题简化为平面问

8、题处理目前对管件弯曲变形[1][2][45]薄壁管的弯曲成形TASHIRO等通过将内压弯的理论分析主要集中在弯曲应力应变的计算极[68][911]曲引入数控弯曲系统采用柔性液体支撑代替了刚限弯矩和弯曲半径失稳屈曲预测截面变[412][1314]性心轴支撑成形出相对弯曲半径16的弯管件形中性层偏移弯曲回弹及后屈曲行为[4]表征等TA