沖擊液壓載荷作用下管材動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系的研究.pdf

1、基于輕量化和一體化特征開發(fā)的管材液壓成形技術(shù)（THF），具有成本低、成形零件質(zhì)量好、節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)，正獲得快速發(fā)展。然而，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，THF存在制造過程繁瑣、成形難度大、成形效率較低等缺點(diǎn)。沖擊液壓成形（Liquid Impact Forming,LIF）是在液壓脹形和沖壓成形基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型復(fù)合成形技術(shù)，它利用壓力機(jī)上下模具閉合時(shí)的徑向壓管運(yùn)動(dòng)，使管材內(nèi)部液體自發(fā)產(chǎn)生內(nèi)壓力而快速填充模具型腔，完成脹形過程，以此甩掉復(fù)

2、雜的液壓系統(tǒng)而大幅降低管材成形的成本和周期。高精度的管材塑性本構(gòu)關(guān)系不僅對(duì)管材成形機(jī)理的分析具有重要影響，而且是有限元數(shù)值模擬的重要前提。因此，本文對(duì)沖擊液壓載荷作用下管材的動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系進(jìn)行研究具有重要意義。
　　本文研究的主要內(nèi)容包括：
　?。?）分析本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)理論和材料的應(yīng)變速率響應(yīng)，根據(jù)管材沖擊液壓成形的受力條件，選定管材沖擊液壓成形的動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)模型。
　　（2）對(duì)SS304不銹鋼管材進(jìn)行不同速度的沖擊

3、液壓成形試驗(yàn)，通過應(yīng)變?cè)诰€測(cè)量系統(tǒng)對(duì)管材脹形區(qū)的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)進(jìn)行在線測(cè)量，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算輪廓上的軸向曲率半徑和周向半徑。
　?。?）基于上述試驗(yàn)變形數(shù)據(jù)，先用一般線性回歸法，求解兩種本構(gòu)模型的參數(shù)；然后研究根據(jù)遺傳算法的收斂特點(diǎn)，求解管材沖擊液壓條件下的兩種塑性本構(gòu)關(guān)系。
　?。?）基于DYNAFORM和ANSYS Workbench聯(lián)合仿真，建立管材沖擊液壓成形的有限元模型，分別將線性回歸法和遺傳算法得到的管材塑性本構(gòu)關(guān)

4、系作為材料模型，對(duì)管材沖擊液壓成形過程分別進(jìn)行有限元模擬，通過試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果的對(duì)比，來檢驗(yàn)所構(gòu)建出沖擊液壓成形條件下管材的動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系的精度。
　　研究表明：
　?。?）本文提出的動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系，從應(yīng)變速率角度研究沖擊載荷作用下金屬薄壁管準(zhǔn)確的塑性本構(gòu)關(guān)系。通過模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，表明本文構(gòu)建的動(dòng)態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系具有較高的精度。
　?。?）根據(jù)模擬結(jié)果的最大脹形高度與試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)比，可以定量地得出J-C本構(gòu)

5、模型最大誤差范圍在7.43%以內(nèi)，F(xiàn)-B本構(gòu)模型最大誤差范圍在8.65%以內(nèi)，表明J-C本構(gòu)模型更適合描述管材沖擊液壓脹形時(shí)的塑性硬化關(guān)系。
　?。?）根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，線型回歸法確定的本構(gòu)模型誤差均大于遺傳算法確定的本構(gòu)模型的誤差，表明遺傳算法具有穩(wěn)定且快速收斂的優(yōu)點(diǎn)，能夠在變量空間中找出包含最優(yōu)解和極值的單峰值區(qū)域并搜索最優(yōu)解，在擬合復(fù)雜目標(biāo)函數(shù)時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。
　?。?）隨著沖擊速度的提高，仿真結(jié)果的誤差逐漸減小，表明本文