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           小直徑擠壓大口徑厚壁無縫鋁管變曲率彎曲回彈控制

彎管零件在航空航天、動力機(jī)械、石油化工等關(guān)系國計(jì)民生領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，小直徑厚壁無縫鋁管變曲率彎曲回彈控制研究由于設(shè)計(jì)性能、安裝空間、輕量化以及整體化等要求。以滿足工業(yè)構(gòu)件高強(qiáng)度輕量化、高精度復(fù)雜化的發(fā)展趨勢。隨著零件成形精度要求的不斷提高，彎管零件的空間形狀日趨復(fù)雜，加工難度日益增大。金屬無縫鋁管彎曲是一個(gè)集材料非線性、幾何非線性及邊界非線性于一體的復(fù)雜成形過程，外力卸載后將不可避免的存在回彈問題，由此造成零件的實(shí)際成形幾何尺寸偏離設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生一定偏差，工程界未能有效解決的技術(shù)難題，同時(shí)成為金屬塑性加工領(lǐng)域的研究難點(diǎn)與熱點(diǎn)。而回彈問題的有效控制解決，更是有利于金屬無縫鋁管彎曲精密高效成形的關(guān)鍵。本文針對國內(nèi)外無縫鋁管變曲率（平面變曲率和空間變曲率）彎曲成形加工技術(shù)的不成熟、回彈問題未能有效控制的現(xiàn)狀，基于無縫鋁管彎曲回彈性能研究，建立有限元數(shù)值模擬、解析計(jì)算模型以及相關(guān)試驗(yàn)研究方法，創(chuàng)建有效實(shí)用的預(yù)測及補(bǔ)償無縫鋁管變曲率彎曲回彈的理論和方法，從而實(shí)現(xiàn)擠壓大口徑厚壁無縫鋁變曲率彎曲回彈控制。上述研究工作對發(fā)展變曲率彎曲成形理論和技術(shù)具有重要意義。

論文的主要研究內(nèi)容如下：為了更加準(zhǔn)確的反映金屬力學(xué)性能，對管段試樣進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn)，獲取不銹鋼小直徑厚壁無縫鋁管力學(xué)性能參數(shù)，構(gòu)建分段非線性無縫鋁管本構(gòu)關(guān)系模型，從而為提高回彈預(yù)測精度奠定基礎(chǔ)；針對厚壁無縫鋁管彎曲受力狀態(tài)，建立力學(xué)平衡微分方程，分析無縫鋁管彎曲過程應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)；推導(dǎo)彎曲力矩作用下，用于初步估算小直徑厚壁無縫鋁管彎曲回彈角的近似計(jì)算公式。2基于ABA QUS軟件平臺，通過對平面變曲率彎管軸線進(jìn)行離散圓弧逼近、依次遞推彎曲方法，構(gòu)建小直徑厚壁無縫鋁管平面變曲率彎曲成形彈塑性有限元模型，并采用無模法的靜態(tài)隱式算法針對回彈過程進(jìn)行數(shù)值模擬。通過相關(guān)物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該有限元模擬方法的可靠性。

    將平面變曲率彎管軸線雙圓弧擬合逼近離散；通過近似純彎曲回彈實(shí)驗(yàn)，建立特定材料尺寸無縫鋁管彎曲回彈前后半徑之間的函數(shù)關(guān)系式；借助該回彈實(shí)驗(yàn)結(jié)論對離散彎管進(jìn)行回彈預(yù)測及初步G1連續(xù)拼接；依據(jù)無縫鋁管彎曲變化復(fù)雜程度構(gòu)建拼接修正函數(shù)，修正光順彎管軸線，從而完成小直徑厚壁無縫鋁管平面變曲率彎曲回彈預(yù)測解析模型（雙圓弧擬合逼近離散—回彈拼接—修正回彈預(yù)測模型）建立以及相關(guān)試驗(yàn)算例驗(yàn)證。4基于ABA QUS有限元平臺，定義HINGEBEA MPA NSLA TORSLOTROTA TION等屬性連接單位，通過對空間變曲率彎管軸線彎曲成形過程中的節(jié)點(diǎn)切矢進(jìn)行控制，構(gòu)建小直徑厚壁無縫鋁管空間變曲率彎曲成形及回彈全過程彈塑性三維有限元模型。并進(jìn)行相關(guān)實(shí)際彎曲回彈試驗(yàn)驗(yàn)證。5為快速準(zhǔn)確預(yù)測無縫鋁管空間變曲率彎曲回彈，構(gòu)建3D-2D-3D空間變曲率回彈預(yù)測解析模型：將空間變曲率彎管軸線合理分解到離散彎管軸線基本三棱形密切平面及從切平面上進(jìn)行回彈預(yù)測（3D-2D二維平面回彈合理轉(zhuǎn)化到三維空間，針對離散化的回彈預(yù)測彎管進(jìn)行初步G1連續(xù)拼接（2D-3D依據(jù)彎管軸線復(fù)雜程度構(gòu)建拼接修正函數(shù)，完成無縫鋁管軸線修正光順（3D-2D-3D通過試驗(yàn)算例驗(yàn)證該解析模型的實(shí)用價(jià)值。并基于UG二次開發(fā)技術(shù)，完成空間變曲率彎管離散平面化—回彈預(yù)測—空間拼接修正的回彈預(yù)測解析模型模塊化設(shè)計(jì)。

   針對無縫鋁管變曲率彎曲成形的強(qiáng)幾何及邊界非線性特點(diǎn)，建立彎曲回彈對應(yīng)節(jié)點(diǎn)位移矢量與曲線局部Frenet標(biāo)架相結(jié)合的節(jié)點(diǎn)幾何補(bǔ)償法；并基于空間及平面變曲率回彈預(yù)測解析模型，采用迭代算法，回彈補(bǔ)償修正模具型面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)小直徑厚壁無縫鋁管變曲率彎曲回彈控制。通過試驗(yàn)算例及工程實(shí)例應(yīng)用驗(yàn)證該模面回彈補(bǔ)償控制方法的有效性。綜上所述，本文研究并建立能夠有效控制小直徑厚壁無縫鋁管變曲率彎曲的回彈預(yù)測與補(bǔ)償模型，對彎管復(fù)雜精確彎曲成形技術(shù)的研究及發(fā)展具有積極的推動作用。