[精品]弯管论文-1

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1、管材三维仿真成形分析与研究詹浩（重庆大学机械工程学院，重庆400044）摘要：本文以管材复杂空间成形的工程问题为背景,通过自己开发的软件实现了管材弯曲成形过程的仿真，解决了弯曲模具和弯管过程中的一些难题。关键词：管材成形、仿真软件、研究1问题概述1弯曲加工是金属加工成形中的一个较典型的加工方式。对管材的弯曲加工则是在九I•年代初出现的。管材的塑性成型计算机分析模拟的研究也开始于九十年代初。复杂空间管材成形，对于其加工精度尺寸、强度、变形耍求很高，故对模具、管材的材质等要求精度很高，所以必须对管材弯Illi过程进行成形模拟，对管材在

2、弯曲过程中的仿真模拟，能够。对于模貝设计、弯管数据的修正，管材的材质、直径、壁厚的选取，以及加工中管材的弯裂、管壁起皴等现象的控制，获得科学的理论依据，提高经济效益。中心利用一台数控弯管机,主要用于研制摩托车的车架。通过对车架工程图的分析、消化形成车架几根主要管件成形的数据，应用B主开发的仿真软件，较好地解决了较复杂空间成形管件的一次成形。冇限元理论加上先进的计算机科学技术，是解决现代工程2模型描述（1）几何尺寸（见图5.1）绘制的几何尺寸是根据实际加工的零件图和模具图得到的。所取管材尺寸为：管外径D、管壁厚t、管长L弯管机模具尺

3、寸：夹头长度、压力模宽度、夹紧模宽度、弯模半径。（2）有限元模型（见图5.2）（2）单元类型由于该管子的长度与直径相比相差较人，属于薄壁管材，所以采用8节点三维固体等参元进行分析计算,每个单元设定2X2X22个高斯积分点。通过对20节点和8节点等参元进行的分析计算，发现节点取得越多和积分阶数取得越高对分析计算反而代来了较大的误差。8节点等参元计算结果的效果较好。（3）网格划分划分为504个单元，节点数为1032。通过自动分网程序，输入外径、壁厚、长度、单元类型、分析类型，口动分网产生数据和有限元模型。（4）边界条件（见图5.3）取

4、坐标系原点位于管子夹头的端部中心。管了夹头部取固定约束，在与压力模和弯曲模靠近部位保留X方向自由度，约束Z,Y方向自由度。竹了被夹紧模夹持的部分施加载荷，沿Y轴的负方向垂直作用于管子的表面。（5）材料性质：牌号、杨氏模量、泊桑比、屈服应力6、塑性模量3工况分析通过仿真程序分析，得出的最大位移和最大应力强度表。（一）最人应力强度发牛在管子与弯Illi模接触处,即产生蝕大弯曲变形处。（二）最大位移位于管子的端头,其变形最人。4变形分析在上述工况下的变形情况，得出实体变形图、网格变形图。可知，有以下主要变形特征：（1）管径有一些变形。（

5、2）整体变形较为均匀,无畸形产生。5仿真分析（1）管了在弯曲过程中只有与弯曲模接触部分是高应力区，而离开弯曲模越远，应力就越小。在压力模与夹头之间应力值儿乎为零。沿管了背部剖切展开，形成展开图的主应力等值线图。山图可知，弯曲变形的外侧基本受拉应力作用，而内侧则有拉应力和压应力交替出现的现彖。由展开图可以发现，在与弯模接触部位（管内侧）出现了应力的波峰一波谷分布，即拉、压应力交替出现。证明了在弯Illi加工屮，当某些外部条件未达到满足时，管子的内侧很容易出现起皱的现彖。（2）通过对应力强度分析，得出了在弯曲变形部分的应力强度数值较高

6、。计算分析后，发现管子的最大应力强度耒超过材料的强度极限，故其弯曲工艺过稈是合理白勺。建立三维模型，进行相关的计算和分析»Jiff7?>96弯管弯曲成形的缺陷分析6.1弯曲原理分析管材在外力矩作用下弯曲吋，弯曲变形区的外侧材料受到切向拉伸而伸长、内侧材料受到切向压缩而缩短，由于切向应力和应变沿管材断面的分布是连续的，故当弯曲过程结束，由拉伸区过度到压缩区，在其交界处一定存在着一层纤维，该层纤维的应变为零，此纤维层成为应变中性层，他在断面中的位置可用曲率半径R表示。同样也一定存在着一层纤维，该纤维层上的应变为零。次纤维层称为应力中性

7、层，他在断面屮的位置可用Illi率半径农示。管坯在弹性弯llh阶段，应力沿断血呈线性分布，应力与应变间的关系遵守胡克定律，故应力中性层和应变中性层互相重合并通过端而形心。随着弯曲过程的进行，当变形程度超过材料的屈服极限后，变形性质有弹性变为塑性，故在弯曲过程屮应力中性层和应变屮性层不仅不相互重合，也不通过断面形心。而是随曲率的增大逐渐向Illi率屮心方向移动，并且应力中性层的移动量大于应变中性层的移动量。山金属塑性成形原理可知，任一变形过程，其变形区的应力应变状态都与变形条件有关。6.2常见弯管的缺陷市于管材是空心薄樂结构的断面形

8、状，弯曲时易引起以下儿种缺陷：1管材弯曲外侧易过度变薄，甚至导致开裂；2管材弯Illi内侧易发住失稳起皱；3管材截面易产生畸变（近似椭圆形）6.3弯管缺陷产生的原因1圆弧处严重变扁，弯管过程中，合力使圆弧处的截面趋向椭圆形，对于相同规格的管子，弯1