基于ABAQUS的管件弯曲成型的有限元分析.pdf

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1、第４期（总第２０３期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１７年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２６４１３（２０１７）０４００１９０３基于ＡＢＡＱＵＳ的管件弯曲成型的有限元分析櫜钱峰，潘笑誉，叶小奔（大连理工大学机械工程学院，辽宁大连１１６０２４）摘要：通过在ＡＢＡＱＵＳ环境下对管件的弯曲成型进行有限元分析，研究得出了管件在弯曲成型过程中变形区的应力应变变化以及塑性应力应变的变化特点，以及成型后变形区的拉切应力应变和截面质量的分布规律，结果表明应力

2、集中以及应变主要在弯管的内、外两侧，为后续设计工艺参数和管件弯曲成型的质量评估提供了理论基础和参考依据。关键词：弯曲成型；有限元；塑性变形；管件中图分类号：ＴＰ３９１．７文献标识码：Ａ０引言迫切需要。随着有限元模拟软件的快速发展，有限元船舶管道配件的生产在船舶建造中占有的地位极法被广泛应用到复杂塑性变形问题的研究中［６］，因而其重要。对大连船舶重工集团舾装有限公司调查中发对管件弯曲成型过程进行数值模拟是一种降低工作量现，在一艘船舶相应的管件加工中，弯曲管件约占及成本的行之有效的研究方法。６１％，因此提高管

3、件弯曲成型的加工质量对船舶行业２管件弯曲成型有限元分析整体水平的提升有显著的影响。管件在数控弯曲成型过程中涉及到与胎模、前卡、管件数控弯曲成型过程受到材料、几何和接触等滑块和芯棒等多个模具间的复杂相互作用，如图１所诸多非线性因素的影响，变形过程中的应力应变状况示。本文将对船舶行业中广泛应用的型号为Φ１１４×复杂多变［１－２］，这些因素直接促使管件弯曲成型出现８．５×３４２ｍｍ３的２０＃普通船用钢管的弯曲成型进行外侧壁厚减薄、内侧壁厚增厚、截面圆度误差甚至褶皱有限元仿真，研究弯曲过程中变形区的应力应变、弯曲

4、等缺陷［３］，形成质量不合格产品。因此针对管件弯曲成型后变形区应力应变的分布规律，以及弯曲过程中成型过程研究其应力应变分布及塑性变形区的变化规截面质量和弯曲成型后截面质量，为后续研究工艺参律，对于解释弯管成型缺陷产生的原因、控制弯管成型数对该种管件弯曲成型截面质量的影响规律提供理论质量等有着重要的意义。基础。１管件弯曲成型的主要缺陷图２为管件弯曲成型整体约束及载荷情况，胎模管件的弯曲成型是一个涉及到几何非线性、材料保留绕犣轴的转动；前卡和镶块保留绕犣轴的转动，非线性及边界条件等［４］多因素相互作用的过程，

5、由管并对管件与镶块、管件与前卡均采用绑定约束处理，以件弯曲成型理论可知其复杂的应力应变状态会导致成此模拟实际中前卡、镶块与胎模的相对静止的位置关型管件出现各种各样的质量缺陷，主要表现为弯管外系，保证完全夹紧管件；滑板组及芯棒均约束其全部自侧容易减薄甚至开裂、内侧容易增厚甚至褶皱、外侧容由度，模拟实际中各自相对位置的不变化；胎膜中心施易塌陷而导致截面畸变、前卡卸载后易产生回弹等［５］。加转速，模拟实际中对管件施加的弯曲载荷。在图２上述弯管缺陷的产生将直接影响产品的成型精度基础上建立的三维模型和ＡＢＡＱＵＳ有

6、限元模型如图及使用性能，因此对管件弯曲成型进行研究是生产的３、图４所示。弯曲成型仿真条件如表１所示。图１ＰＣ２１９Ａ数控弯管图２管件弯曲成型约束及载荷图３管件弯曲三维模型图４管件弯曲的有限元模型机管件弯曲成型实例櫜国家科技支撑计划项目（２０１４ＢＡＦ１２Ｂ００）收稿日期：２０１７０２１３；修订日期：２０１７０５０８作者简介：钱峰（１９７７），男，安徽淮南人，讲师，硕士，主要从事机械设计与理论研究。·２０·机械工程与自动化２０１７年第４期２．１弯曲成型过程的应力分析变化。管件弯曲成型过程中在不同弯

7、曲角度下的等效应表１弯曲成型仿真条件力分布云图如图５所示。较大的等效应力主要集中在管件材料２０＃普通船用钢管芯棒与弯管内壁接触部位附近，该位置由于芯棒与弯管件外径犇（ｍｍ）１１４管的摩擦支反力导致应力显著增大［７］，其最大值为管件壁厚狋（ｍｍ）８．５４４６．４ＭＰａ，大于材料的屈服极限，同时最大应力由管管件长度犔（ｍｍ）２０００件已变形区域向未变形区域进行转变，从而使得已变弯曲半径犚（ｍｍ）３４２形区的应力发生顺序卸载；管件塑性变形区发生在弯最大成型角度θ（°）１８０曲结束区域（即芯棒支撑管件部位）附近，

8、包括直线段芯棒长度犔２（ｍｍ）３５０和弯曲段两部分，其中未发生弯曲变形的直线段同样芯棒伸出量犲（ｍｍ）２０存在等效应力，这是由于变形应力扩散导致的；随着弯芯棒与管件内壁单侧间隙犆（ｍｍ）１曲成型的进行，塑性变形区一直处于动态变化之中，但主轴转速ω（ｒ／ｍｉｎ）３是其大小和相对位置（在全局坐标系下）基本不发生图５弯曲成型等效应力分布云图由于管件在弯曲成型过程中，切向应力是引起外角度的增大而快速增大，弯曲３０°之后切向应力随弯侧壁