薄壁管热推弯曲过程有限元模拟

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1、摘要薄壁管热推弯曲成形工艺易于实现生产柔性化和自动化，因此广泛应用于航空、航天及汽车工业等领域。在薄壁管热推弯曲过程中，由于存在不均匀温度场，弯曲制件容易出现开裂、起皱、壁厚减薄以及截面扁化等缺陷。薄壁管热推弯曲成形工艺过程复杂，在弯管过程中需要控制的因素多，目前尚无完整成熟的工艺理论。热推弯管工艺的深入研究对合理制定工艺参数，高效、快速获得合格弯管制件具有理论和实际意义。以塑性理论为基础，分析比较了不同简化模式下的管材推弯力学模型，讨论了减薄率与椭圆率的定性关系；在假设转臂与弯曲管坯铰接的条件下，用解析方法对管材推弯问题重新进行了求解，得到的弯矩表

2、达式、中性层的位置等更加符合实际受力情况。分析了塑性弯管截面扁化的机理，得出了可通过改变管材圆周方向的温度场分布，控制管材截面椭圆率的方法。分别在管材弯曲的内外和上下两侧设定不同的变形温度，可提高局部变形区金属的抗力，从而达到降低管材断面椭圆率的目标。采用有限元软件ANSYS／Ls．DYNA对加载瞬态温度场的薄壁管热推弯曲过程进行了模拟。采用管材圆周方向不均匀的冷却方式，在加热区和非加热区分别对与管材弯曲平面相垂直的上下侧金属冷却，模拟管材的推弯过程，得到了管材截面椭圆率、壁厚减薄率随弯曲角的变化规律。此外，控制管材轴向变形区宽度较不控制变形区宽度可

3、获得更小管材断面椭圆率。降低管材推进速度，改变管材轴向温度分布，也可获得小的断面椭圆率。综合比较认为，在非加热区对管材上下侧冷却可获得较小的断面椭圆率。当管材断面椭圆率降低时，壁厚减薄率却随之增加，二者的变化趋势相反。关键词热推弯曲；感应加热；瞬态温度场；截面扁化；薄壁管燕山大学工学硕士学位论文AbstractThrust-bendingprocessofthin—·walledtubeusinglocalinductionheatinge啦realizeflexiblemanufacturingandautomaticproduction，soit

4、iswidelyutilizedinthefieldsofaviation，aerospaceandautomobileindustriesandsoon．However，inthethrust-bendingprocess，thereexistfailuresofdehiscence，wrinkle，wall-thicknessextt'emethinningandcross-sectionflattingandsoon，becauseofnon．uniformtemperaturefieldaroundthetube．Therefore，thru

5、st-bendingprocessofthin-walledtubeiscomplex．Thereexistalotofinfluencefactorandhavenoperfecttheoriescurrently．Studyingofthrast-bendingprocessofthin-walledtubehaveimportantinstructionmeaningfordecidingreasonabletechnicalparametersandcompletingthepieceefficiently．Accordingtothebas

6、ictheoryofplastic，themechanicalmodelsoftubeofdifferentsimplifiedpatternshavebeenanalyzedandcompared；thequalitativerelationsofthicknessreductionandellipticityhavebeendiscussed．Assumptionthatpivotedarrnhingedwithpipe，axis-thrustbendingproblemhasbeenresolved；theresultofmomentoffle

7、xureexpressionandneutrosphercpositionconformtoactualinstancemuchmore．Mechanicsofcross-sectionflattingofbendingtubehasbeenanalyzed，obtainingthemethodofcontrollingcross—sectionellip如酊bymodifyingtemperaturefieldsdistributionincircumferenceofpipe．Itcanraisetheresistanceofparttransf

8、ormationmetalsthatsettransformationtemperaturedifferen