引入材料参数的弯管中性层偏移解析模型

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaS，inicaMar．252016VoI．37No．31074．1082ISSN1000—6893CN11—1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaa．edu．cnDoI：10．7527／SlOOO一6893．2015．0110引入材料参数的弯管中性层偏移解析模型刘碧颖1，李恒1’*，李龙1，杨合1，谷瑞杰21．西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安7100722．中国重型机械研究院有限公司，西安710032摘要：中性层偏移是表征管材弯曲内外侧不均匀变形程度的关键参数。基于弯管

2、截面力矩平衡条件，建立了引入材料参数的管材弯曲变形中性层偏移解析模型，针对管材数控绕弯和压弯过程对所建模型从多个方面进行了评估，研究了不同几何和材料等管材本征参数下的管材弯曲中性层偏移规律。结果表明：应用于TAl8钛管数控绕弯，发现所建解析模型与已有解析方法预测精度相当，但能考虑材料参数影响，且相较于有限元模拟，本文解析模型更接近实验结果；应用于A6063铝合金管和AZ31镁合金管压弯过程，并与Hasegawa解析方法相较，发现本文解析模型能够准确预测拉压不对称对压弯中性层偏移的影响；弯曲半径减小，弯管直径增大，中性层向弯曲内侧移动；拉压屈服强度比减小，厚向异性指数增大，中性层

3、向弯曲内侧移动。关键词：弯曲；中性层偏移；材料参数；解析模型；力矩平衡中图分类号：TG386．3+1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)03—107409作为液压、燃油和环控等系统关键构件的弯管由于容易满足对产品轻量化、高强度和低消耗等方面的要求，在航空、航天、能源和汽车等高端装备中得到了广泛应用[1]。针对不同的材料、尺寸和应用环境，可以采用不同的弯管成形工艺实现管材的弯曲成形，如压弯、绕弯、滚弯、挤压弯曲及加热弯曲等瞳]。然而，在弯曲加载下，管材必然产生内外侧拉压不均匀变形，极易导致管材内侧失稳起皱、外侧壁厚过度减薄及拉裂、截面畸变和回弹等成形缺陷。而中性

4、层偏移作为管材弯曲过程中的基本现象，一定程度上决定着弯管拉压应力应变区的分布，即中性层偏移量过大会加剧弯管拉压不均匀变形，直接影响弯管件的成形极限和成形质量。因此，对管材中性层偏移现象进行可靠的预测和分析是理解管材弯曲不均匀变形和实现精确弯曲成形制造的前提和基础。目前，国内外学者基于实验研究、有限元数值模拟和理论解析对不同材料不同规格管材的各种弯曲成形过程进行了大量研究。王光祥等[33通过实验方法研究了弯曲中心角对规格为彩38mm×1mill的LF2M铝合金管数控弯曲成形截面畸变的影响规律。鄂大辛等[4{]通过大量小直径管弯曲成形实验，得出弯管厚度分布规律，研究了壁厚变化对截面

5、畸变和最小弯曲半径的影响。寇永乐等[6]通过数控绕弯实验对比了LF2M铝合金和1Crl8Ni9Ti不锈钢的中性层偏移角，得到LF2M弯管中性层内移量较1Crl8Ni9Ti弯管大。Yang等[71通过管材绕弯和压弯过程的有限元模拟，揭示了弯曲半径对弯管截面畸变和壁厚减薄的影响。许志强等[83在MARC平台上建立了大口径收稿日期：2015—03—22；退修日期：2015—04—13；录用日期：2015—04—22；网络出版时间：2015．04—3014：47网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20150430．1447002．htmI

6、基金项目：国家自然科学基金面上项目(51275415)；国家自然科学基金优秀青年科学基金(51522509)*通讯作者Tel：029—88460212—808E-mail：liheng@nwpu．edu．crl引角播武l胡碧颖．李恒，李龙．等i引入材料参数的弯管中性层偏移解析模型￡JI．航空学报。2016．37(3)：1074．1082．LIUBY．LIH．￡，￡，efa1．AnalyticalmodelofneutrallayershiftintubebendingintroducingmaterialparametersEJJActaAeronauticaetAstro-n

7、auticaSinica，2016，37(3)：1074一1082刘碧颖，等：引人材料参数的弯管中性层偏移解析模型热推钢管弯曲过程弹塑性热力耦合模型，获得了弯曲过程中各场变量分布、截面形状和壁厚变化。李恒等凹。1叩基于有限元软件建立了多模具约束下的管材数控弯曲成形过程有限元模型，研究了管材数控弯曲过程中的失稳起皱、减薄拉裂、截面畸变和回弹等问题。李成等口妇结合有限元模拟和实验，从控制壁厚减薄的角度出发，研究了2种规格的铝合金薄壁管数控弯曲成形极限。Zhang等[1列以黟50．8mm×0．50