薄壁管材压力矫直截面扁化分析与实验

作     者：魏钦玉 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：沈顺成

授予年度：2018年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：薄壁管材 压力矫直 截面扁化 分步矫直方法 有限元分析 

摘      要：压力矫直是保证直线金属管材直线度的关键工艺。薄壁管材在进行压力矫直时会发生截面扁化变形,影响了工件的圆度,降低了矫直工艺的质量。因此,本文首先分析矫直过程中加载处截面的应力应变演变规律,探究了薄壁管材压力矫直时发生截面扁化变形机理;其次,通过轴向变形分析,建立考虑截面扁化变形的薄壁管材压力矫直行程挠度预测模型;采用分步矫直方法优化矫直工艺,降低压力矫直工艺对薄壁管材截面圆度的影响,最后,进行了矫直工艺的仿真和对比实验。主要内容和工作如下:(1)针对薄壁管材压力矫直时发生截面扁化变形问题,根据薄壳理论和能量理论,分析线性强化材料本构关系的薄壁管材在矫直过程中发生截面扁化变形的力学变形机理,建立矫直过程中截面扁化变形量和矫直行程之间的关系模型。研究表明,随矫直行程的增加,薄壁管材压点处横截面的扁化变形量呈非线性增加。(2)针对薄壁管材压力矫直工艺,结合截面扁化变形机理,通过分析曲率、应力应变和弯矩变化,建立考虑截面扁化变形的薄壁管材压力矫直行程预测模型。采用分步矫直方法减小薄壁管材压力矫直工艺过程中的残余截面扁化变形量,同时引入残余应力,分析分步矫直方法对残余应力分布的影响。(3)对矫直工艺进行数值离散化仿真分析,建立基于有限元仿真的压力矫直时的初始挠度和截面扁化变形量与矫直行程之间的关系模型;同时对分步矫直工艺进行仿真分析,与理论数据进行对比,进一步验证分步矫直方法对截面扁化变形量和残余应力分布规律的影响。(4)以薄壁管材为实验对象进行矫直实验,分别采用单步矫直法和分步矫直方法进行压力矫直实验,建立基于实验的压力矫直行程挠度预测模型和截面扁化变形量变化模型。通过实验数据与仿真和理论数据的对比分析,验证模型的正确性和分步矫直方法降低截面扁化变形量的有效性。