比例加载条件下管材液压成形加载方法的研究

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比例加载条件指:胀形过程中,中截面处的应力分量始终按同一比例增加的加载状态,并且全量理论针对在比例加载条件下适用,目前较多学者讨论了不同加载路径下采用全量理论建立管材塑性硬化模型的研究外载荷对成形的影响,而全量理论是在比例加载条件下适用的塑性成形理论,具有一定的特殊性。而以实现比例加载条件时的液压力变化曲线(与轴向进给匹配的关系曲线)进行液压胀形的研究较少。因此本文将开展研究:TP2管材成形过程中成形区最高点处流动应力分量(轴向应力分量和环向应力分量)的比值始终按一定比例增加的液压力变化曲线,并在全量理论下建立和检验管材液压成形塑性硬化模型。本文中,(1)由于建立全量理论下的塑性硬化模型,所以基于液压成形时管材的受力条件、全量理论和塑性变形功原理,构建了管材塑性硬化关系式;(2)由于比例加载条件就是要使胀形区中截面处的应力分量始终按同一比例增加,这就要求液压力变化曲线按照一定方式变化,所以要得到液压力变化曲线以实现比例加载条件;(3)由于基于全量理论计算等效应力-应变模型需要应变量和位移场等变形数据,因此为了获取变形区数据,利用试验方法实现比例加载条件下的管材液压胀形;(4)通过试验提取的变形数据,基于全量理论建立管材的等效应力-应变模型;(5)通过等效应力-应变模型计算得到本构关系,于反映材料性能的主要是强度系数K和硬化指数n,因此了比较了各塑性硬化模型的参数;并评价了本构关系的精度;揭示了比例加载条件对管材胀形质量的影响。研究结果表明:(1)强度系数K值由高到低排序是:单向拉伸、比例-增量、比例-全量;其硬化指数n值由高到低排序是:比例-全量、比例-增量、单向拉伸。(2)借助3种本构关系进行有限元模拟,统一采用比例加载条件下的液压力曲线进行胀形模拟,比较了试验与模拟的胀形区轮廓和最大胀形高度,得出3种塑性硬化模型精度有高到低排序为:比例-全量、比例-增量、单向拉伸。(3)为进一步揭示比例加载条件可以提高管材胀形质量,分别采用比例加载条件下的液压力曲线和直线加载曲线进行胀形试验,比较了胀形轮廓和最大胀形高度。得出比例加载条件可以有效提高管材的液压胀形质量,改善了管材的受力形式,从而提高了胀形质量。
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