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浮芯式弯管成形工艺是一种新型的弯管工艺。该工艺弯管质量好,管材弯曲成形后的外壁减薄率和椭圆率都比较小,能弯曲多种复杂截面形状的弯管。
本文对浮芯式弯管成形工艺的弯管成形过程进行了数值模拟。模拟过程采用面-面的接触分析,由于该模型在结构、外载以及所受约束上都为对称结构,只构造出管子、芯轴及弯辊的一半,对管子采用体扫掠进行网格划分。创建了管子与浮动芯头、管子与芯轴、管子与弯辊之间的三对接触对。边界条件的处理采用位移约束,将芯轴的XYZ方向、浮动芯头的Z方向、弯辊的YZ方向设为刚性边界,将管子的对称面施加对称位移约束,载荷采用位移载荷和面压力分三个载荷步施加。
通过数值模拟,得到了弯管弯曲后的应力应变分布规律:等效应力较大的部位出现在管件弯曲区域的中部,内侧管壁的应力值比外侧管壁要大,说明内壁受到压应力还要大于外壁受到的拉应力。应变值也是在弯曲区域的中间部分大,应变的最大量发生在管子的内侧壁。将模拟结果与实验数据进行对比,模拟结果与实验数据的壁厚变化率取得了较好的一致性。选取六个处于弯曲变形中部位置的节点,计算出了弯管的外壁减薄率、内壁增厚率和椭圆率,管子在弯曲变形大的区域,其外壁减薄率、内壁增厚率和椭圆率也相应的要大,而且内壁的增厚程度要明显大于外壁的减薄。得到了相对弯曲半径R/D与椭圆率△D及壁厚变化率△t的关系,椭圆率△D和壁厚变化率△t都随相对弯曲半径R/D的减小而增大。