薄壁矩形管绕弯成形失稳起皱的数值模拟

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1、摘要铝合金薄壁矩形波导管是雷达和无线电通讯系统中的关键部件，绕弯成形是矩形波导管的主要加工方法。但在薄壁矩形管绕弯成形过程中极易产生失稳起皱、截面畸变、拉裂等缺陷；特别是失稳起皱，严重地影响着矩形波导管的弯曲成形质量。因此，本文采用三维有限元数值模拟技术，对薄壁矩形管绕弯成形过程失稳起皱及工艺参数对失稳起皱的影响规律进行了系统的研究。该研究对薄壁矩形管弯曲成形技术的发展及该成形过程工艺参数的选取与优化具有重要的理论意义和参考价值。本文主要研究内容和结果如下：实验获得了3A2t铝合金薄壁矩形管材料的基本力学性能，建立了材料的本构模型。在解决薄壁矩形管绕弯成形有限元建模

2、过程所涉及的关键技术问题的基础上，采用动态显式有限元平台ABAQUS／Explicit。建立了既符合实际又兼顾计算精度和计算效率的该成形过程的三维有限元模型，并对所建模型的可靠性进行了验证。该模型的建立，为系统研究失稳起皱的产生机理及工艺参数对其的影响规律奠定了基础。基于验证的有限元模型，系统研究了绕弯成形过程中切向应力及切向应变场的分布规律，并分析了该成形过程中压缩变形区随弯曲进程的变化规律，发现随着弯曲过程的进行压缩变形区的大小及其相对弯曲切点的位置基本保持不变，失稳起皱主要发生在弯曲初始阶段的400内。为系统地研究工艺参数对薄壁矩形管绕弯成形失稳起皱的影响规律

3、提供了依据。采用所建立的有限元模型，模拟分析了工艺参数对薄壁矩形管绕弯成形失稳起皱的影响规律。结果表明：减小弯曲模与管坯的间隙、增大弯曲半径、增大弯曲模与管坯的摩擦和增加芯棒伸出量，都有利于减小失稳起皱。但当芯棒伸出量超过一定值时，芯棒支撑的管坯外侧部位就会出现凸起现象。随着芯棒与管坯间隙、防皱块与管坯间隙的增加以及芯棒与管坯摩擦系数的增大，失稳起皱波纹度先减小后增大；压块的助推速度、压块与管坯的间隙和压块与管坯的摩擦对失稳起皱的影响不显著。关键词：薄壁矩形管，绕弯成形，失稳起皱，数值模拟，工艺参数，成形规律两北工业大学丁学硕士学位论文AbstractAluminu

4、malloythin-walledrectangularwaveguidetubeisakeycomponentwidelyusedinthefieldofradarandradiocommunicationsystem，andtherotarydrawbendingisthemainformingmethodofrectangularwaveguide．Butwrinkling，distortion，tensioncrackereareeasilyproducedduringtherotarydrawbendingprocess，especiallythewrin

5、klingseriouslyinfluencethequalityofrectangularwaveguide．Therefore，thewrinklingmechanismandtheinfluencinglawsofprocessingparametersonwrinklinginthebendingprocesshavebeeninvestigatedsystematicallybyusingthe3D-FEnumericalsimulationtechnology．Theachievementsofthisresearchareimportanttothed

6、evelopmentofrectangulartubebendingtechnologyandthedeterminationandoptimizationofprocessingparameters．Abriefintroductiontotheprojectanditsmainresultsareasfollows：Theprimarymechanicalpropertydataof3A21aluminumalloythin-walledrectangulartubehasbeenobtainedthroughtheexperiment，andthentheco

7、nstitutiveequationhasbeenestablished．Basedonsolvingsomekeytechnologicalproblemsofthemodelingintherotarydrawbendingprocessofthin-walledrectangulartube，a3DElasto—plasticdynamicexplicitFEmodeloftheprocesshasbeenestablishedundertheenvironmentofthedynamicexplicitFEMcodeABAQUS／Explicit．And