封头整体内压胀形实验研究及数值模拟

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文封头整体内压胀形实验研究及数值模拟摘要针对封头单件、小批量生产模具费用高，生产成本高的问题，本文提出了一种整体内压胀形封头的新工艺。本文采用实验与数值模拟相结合的方法，对封头整体内压胀形工艺进行了研究。首先，对封头整体内压胀形过程进行了受力分析，得出封头整体内压胀形所需要的临界压力公式。然后，对初始板料尺寸0360x3mm的两种不同几何形状的Q235试件进行了液压胀形实验，圆平板状态试件在胀形过程中开裂，而毛坯进行了预弯的试件在加载到7MPa卸载后，获得了长短轴之比为2．6的椭圆封头，与标准椭圆封头(长短轴之比为

2、2)的差距很小。通过实验取得了封头整体内压胀形的基础数据，确定了封头整体内压胀形的可行性。以上述实验为基础，对封头整体内压胀形进行了相应的有限元模拟，并将模拟结果与实验结果进行了对比，分析了试件在内压胀形过程中的应力集中以及等效应力的大小和分布情况等，发现试件初始几何形状对胀形结果有很大的影响。试件焊缝处为胀形过程中的薄弱点，以圆平板状态整体内压胀形封头时，试件焊缝处应力集中严重，材料塑性应变量大，内压3MPa时焊缝处等效应力为507MPa，等效应变量高达42．5％，导致试件开裂；对初始板料进行预弯可以大大降低试件在胀形过程中的应力集中问题，

3、预弯试件在内压7MPa时，焊缝处等效应力为460．8MPa，等太原理工大学硕士研究生学位论文效应变为10．5％，仅为圆平板状态试件在内压3MPa时最大等效应变的24．7％。通过实验与有限元模拟的对比研究，试件预弯内半径取毛坯半径的1／9比较合适，可以有效降低试件在胀形过程中的应力、应变等。通过对封头整体内压胀形过程中应力、应变场以及胀形后试件几何形状的分析，揭示了封头整体内压胀形的规律，并对封头整体内压胀形的毛坯结构和工艺进行了优化。在此基础上对Q235，西3600x30mm的封头进行了整体内压胀形有限元模拟。模拟结果显示，内压IOMPa时，

4、试件长短轴之比为1．89，小于标准椭圆封头长短轴之比2；试件焊缝处等效应变最大，为12．9％，小于材料的极限延伸率27％；试件顶部材料减薄率最大，为7．7％，小于GBT4746．2002规定的减薄率13％，封头整体内压胀形过程中不会发生局部大应变和局部减薄等现象，从而论证了封头整体内压胀形的可行性。关键词：封头，胀形，数值模拟太原理工大学硕士研究生学位论文EXPERIMENTALRESEARCHANDNUMER【CALSIMULATIONOFELL邛lTICALHEADSBYINTEGRALHYDRO—BULGINGABSTRACTTocut

5、downthehighexpenseofmanufacturingsmall—lotellipticalheads，anewtechnologyofintegralhydro—bulgingellipticalheadswasdesignedinthispaper．ThenewtechnologyWasstudiedbyexperimentalmethodandnumericalsimulation．Firstly,thestressoftheheadundertheinternalpressureWasanalyzed，andthecrit

6、icalpressureformulaofintegralhydro-bulgingellipticalheadswasobtained．Then，theintegralhydro-bulgingexperimentswerecarriedoutusingtwoQ235samplesofdifferentgeometrieswithinitialsizeof①360x3mm．Theroundfiatstatesamplecrackedinthehydro—bulgingprocess．Aellipticalheadwithaxialratio

7、of2．6Wasobtainedbyloadingthepre—bendedsampleto7M_Paandthenunloaded．TheaxialratioWasveryclosetothatofthestandardellipticalhead(theaxialratiois2)．Theseexperimentsprovidedbasicdataandshowedthefeasibnityofintegralhydro—bulgingellipticalheads．Basedontheexperiments，thenumericalsi

8、mulationsofintegralhydro—bulgingellipticalheadshavebeenproceeded．Theresultsofthesi