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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、動力機械、石油化工等關系國計民生領域的應用廣泛，小直徑厚壁無縫鋁管變曲率彎曲回彈控制研究由于設計性能、安裝空間、輕量化以及整體化等要求。以滿足工業(yè)構件高強度輕量化、高精度復雜化的發(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雜，加工難度日益增大。金屬無縫鋁管彎曲是一個集材料非線性、幾何非線性及邊界非線性于一體的復雜成形過程，外力卸載后將不可避免的存在回彈問題，由此造成零件的實際成形幾何尺寸偏離設計要求，產(chǎn)生一定偏差，工程界未能有效解決的技術難題，同時成為金屬塑性加工領域的研究難點與熱點。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鍵。本文針對國內外無縫鋁管變曲率（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、解析計算模型以及相關試驗研究方法，創(chuàng)建有效實用的預測及補償無縫鋁管變曲率彎曲回彈的理論和方法，從而實現(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具有重要意義。

論文的主要研究內容如下：為了更加準確的反映金屬力學性能，對管段試樣進行單向拉伸試驗，獲取不銹鋼小直徑厚壁無縫鋁管力學性能參數(shù)，構建分段非線性無縫鋁管本構關系模型，從而為提高回彈預測精度奠定基礎；針對厚壁無縫鋁管彎曲受力狀態(tài)，建立力學平衡微分方程，分析無縫鋁管彎曲過程應力應變狀態(tài)；推導彎曲力矩作用下，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行離散圓弧逼近、依次遞推彎曲方法，構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行數(shù)值模擬。通過相關物理實驗驗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驗，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)關系式；借助該回彈實驗結論對離散彎管進行回彈預測及初步G1連續(xù)拼接；依據(jù)無縫鋁管彎曲變化復雜程度構建拼接修正函數(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測解析模型（雙圓弧擬合逼近離散—回彈拼接—修正回彈預測模型）建立以及相關試驗算例驗證。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)點切矢進行控制，構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。并進行相關實際彎曲回彈試驗驗證。5為快速準確預測無縫鋁管空間變曲率彎曲回彈，構建3D-2D-3D空間變曲率回彈預測解析模型：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行回彈預測（3D-2D二維平面回彈合理轉化到三維空間，針對離散化的回彈預測彎管進行初步G1連續(xù)拼接（2D-3D依據(jù)彎管軸線復雜程度構建拼接修正函數(shù)，完成無縫鋁管軸線修正光順（3D-2D-3D通過試驗算例驗證該解析模型的實用價值。并基于UG二次開發(fā)技術，完成空間變曲率彎管離散平面化—回彈預測—空間拼接修正的回彈預測解析模型模塊化設計。

   針對無縫鋁管變曲率彎曲成形的強幾何及邊界非線性特點，建立彎曲回彈對應節(jié)點位移矢量與曲線局部Frenet標架相結合的節(jié)點幾何補償法；并基于空間及平面變曲率回彈預測解析模型，采用迭代算法，回彈補償修正模具型面，進而實現(xiàn)小直徑厚壁無縫鋁管變曲率彎曲回彈控制。通過試驗算例及工程實例應用驗證該模面回彈補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測與補償模型，對彎管復雜精確彎曲成形技術的研究及發(fā)展具有積極的推動作用。