张君[1]2001年在《加热弯管工艺计算机数值模拟》文中提出加热弯管是防止管材弯曲截面形状畸变与壁厚不均匀的一种新的工艺方法，广泛的应用于石油化工、轻工、管道工程、航空航天等工业部门。尽管加热弯管的理论研究已有多年的历史，但是目前所得出的加热弯管参数应用于实际生产中往往使得所选用的设备庞大。利用叁维有限元数值模拟加热弯管工艺，可以得出切合实际的工艺参数。本文着重采用计算机数值模拟、理论分析与实验结合的方法，对加热弯管进行叁维有限元模拟研究，对加热弯管工艺和设备的设计与优化，以及加热弯管技术的发展具有重要的理论和实际意义。主要内容和结果如下： 在全面考虑两对支撑轮作用下加热弯管过程受力特点的基础上，推导出了加热弯管弯曲时推力、弯矩、支撑力等6个计算公式。 通过对加热弯管成形的综合分析，得出感应加热器与回转中心的位置关系及支撑轮与前夹头初始位置关系，并确定了加热弯管最小名义弯曲半径。 针对加热弯管过程的受力和变形特点，采用叁维梁单元、叁维塑性直管单元、叁维弹性曲管单元、叁维壳单元与叁维点对面接触单元等5种不同的单元分别对管毛坯不同区域进行划分，并对接触单元采用柔体-柔体的处理方法，将温度场作为体载荷处理，建立了符合实际的加热弯管问题数值模拟力学模型：在此基础上，应用商用软件ANSYS对加热弯管过程进行叁维有限元模拟与研究，获得了成形时推力、弯矩、支撑力大小及其变化趋势。 根据有限元数值模拟结果对理论推导出的公式进行修正，并在φ813-500KW中频感应加热弯管机上进行了实验，获得了与实验结果吻合的修正公式，具有重要的实用价值。
闫明[2]2007年在《车架管材小弯曲半径热成形研究》文中进行了进一步梳理加热弯管是防止管材弯曲截面形状畸变与壁厚不均匀的一种新的工艺方法，广泛的应用于石油化工、轻工、管道工程、航空航天等工业部门。尽管加热弯管的理论研究已有多年的历史，但是目前所得出的加热弯管参数应用于实际生产中往往使得所选用的设备庞大。利用叁维有限元数值模拟加热弯管工中频感应局部加热弯管是小弯曲半径管材弯曲加工中先进的工艺方法之一。利用这种加工工艺，对汽车车架中某管形承载悬臂件加工中的弯曲加工进行研究。采用计算机数值模拟与理论分析相结合的方法，着重对加热弯管进行叁维有限元模拟研究。具体研究内容和结果如下：在全面考虑两对支撑轮作用下加热弯管过程受力特点的基础上，归纳出了加热弯管弯曲时推力和弯矩的计算公式。根据加热弯管过程的受力和变形特点，简化了加热弯管模型；采用接触分析的处理方法，将管毛坯以及支撑轮和夹臂等不同区域划分为不同的接触体；将温度场作为体载荷处理，建立了符合实际的加热弯管问题数值模拟模型。在此基础上，应用有限元分析软件对加热弯管过程进行叁维有限元模拟与研究，获得了成形时后夹持端推力、管材的等效应变场分布、减薄以及起皱变化规律。根据有限元数值模拟结果，修正了理论推力公式，归纳出了减薄率计算公式，并得到了高温变形区的温度、高温变形区的宽度、管材的壁厚以及相对进给系数等参数对于成形的影响规律。针对管材受拉侧减薄甚至撕裂和受压侧起皱这两种主要的缺陷，总结出了通过高温变形区宽度来控制受压侧起皱；通过管材壁厚和相对进给系数之间的合理匹配来控制管材受拉侧减薄率。
张君, 何养民, 杨合[3]2002年在《加热弯管工艺研究》文中研究指明采用计算机数值模拟、理论分析与实验结合的方法 ,对加热弯管进行叁维有限元模拟研究 ,利用叁维有限元数值模拟加热弯管工艺 ,可以得出切合实际的工艺参数
韩文鹏[4]2016年在《大型弯管热揻制过程数值模拟及工艺优化》文中提出管材弯曲加工作为一种重要的塑性成形方式,在油气输送、航空航天、工程机械、管道工程等领域有着重要地位。随着西气东输管道工程的开展,大口径高强度薄壁管的需求量越来越大,同时对管材加工工艺提出了更高的要求。管材在热揻弯曲的工艺过程中容易出现弯曲外侧减薄量过大、弯曲内侧失稳起皱、弯曲截面畸变等质量缺陷,因此通过研究热揻弯管工艺中弯曲工艺参数以及温度场分布对于实际生产具有重要指导意义。建立了热揻弯管工艺的简化模型,在一定简化条件下分析了弯曲过程中的受力状态,得到了轴向推力以及支撑轮支反力的表达式,对弯曲过程中的截面扁化现象进行了分析。针对该工艺涉及多物理场耦合问题,提出了一种适用的有限元模拟方法。使用动态加载实现了工件运动过程中的感应加热,利用ANSYS/Multiphysics模块实现了对管坯连续感应加热冷却过程的模拟,针对不同感应线圈宽度、不同冷却器间距下感应加热工况进行有限元模拟,得到不同工况下的管材轴向温度分布情况。利用Gleeble-3500对X80管线钢进行了热模拟实验,根据不同温度下的应力应变曲线得到了材料力学参数。利用LS-DYNA对热揻弯曲过程进行了有限元分析,解决了热揻弯曲工艺中涉及的“热—固”耦合问题,实现了管坯在运动稳态温度场下塑形弯曲的过程。以弯曲结束后管材壁厚变化、截面椭圆度、挠曲为主要判断标准,研究了推进速度、相对弯曲半径、相对厚度、支撑轮位置等弯曲工艺参数对于管材成形质量的影响。基于温度场模拟得到的温度分布结果,对不同温度分布工况的塑性成形过程模拟,通过对弯曲后管材成形质量分析得出,环向均匀冷却条件对于管材弯曲外侧减薄、弯曲内侧增厚、弯曲截面椭圆度的控制及中性层位移都有明显改善效果,通过对高温区宽度管材成形质量对比得到了较为理想的高温区宽度。进一步对周向差异冷却方式优化得到四分区差异冷却对椭圆度控制较理想,内外侧差异冷却对减薄率控制较理想,同时对两种冷却方式的合理范围进行了探究。
赵臻淞[5]2002年在《基于叁维FEM模拟的数控弯管质量控制》文中研究指明数控弯管工艺在航空、航天工业的薄壁管弯曲成形中占有重要地位，但传统的基于经验和试验的工艺设计方法限制了数控弯管工艺优势的发挥。本文着重采用计算机数值模拟，并与理论分析相结合，对数控弯管进行了叁维有限元模拟研究，同时自主开发了基于数据库技术的数控弯管仿真系统(NCTBS)，初步实现了数控弯管从设计、仿真到数控生产的工艺规程系统化和规范化，对有效实现数控弯管工艺的质量控制具有重要意义。主要内容和结果如下： 通过对数控弯管工艺受力状态的分析，建立了对应的力学模型，推导了应力应变场与能量公式，为数控弯管的叁维有限元数值模拟奠定一定的分析基础。 基于ANSYS软件编制了数控弯管叁维有限元数值模拟程序，对其中的关键技术问题作了处理；以此程序为核心，基于数据库技术自主设计开发了数控弯管仿真系统(NCTBS)，集成了数控弯管CAD/CAPP/CAE/CAM子系统，通过考核验证了系统的可靠性，实现了广义的计算机辅助数控弯管工艺设计和质量保证系统。 通过数值模拟研究获得了包括防皱块和芯棒形式、尺寸和安装位置在内的模具结构对制件成形质量的影响规律；结合对理想纯弯曲的理论分析，研究获得了相对弯曲半径R/D、相对壁厚t/D对制件主要质量指标之一的最大壁厚减薄率的影响趋势和大小。 NCTBS系统可以推广到工厂的实际生产中作为数控弯管质量控制与优化的计算机辅助软件工具，基于数据库技术的设计使工厂可以高效科学地积累切实可用的基础性数据库，最终适应批量生产能力的快速形成和快速转化，具有较大的应用价值。
李林涛[6]2006年在《钛环形管成形过程的有限元模拟》文中认为纯钛无缝环形管是一种应用于航空、航天、汽车行业的特殊部件,用它制成的钛环形气瓶具有体积小,重量轻,能够承受高压的特点。其壁厚的均匀性直接影响到产品耐高压、等强度和减重的技术要求,进而影响到整体的性能。因此,研究钛合金环形管的加工工艺意义重大。 本文通过数值模拟和试验验证相结合的方法,以MSC/AutoForge有限元模拟软件为开发平台,对纯钛环形管的推制成形过程进行了系统的研究。主要结论如下: (1)采用阿基米德螺线作为模具扩径变形段的中轴线,有利于管坯变形时金属的流动,使凹面金属充分向凸面流动,从而避免传统弯管工艺变形时内侧增厚,外侧减薄的壁厚不均现象。 (2)阿基米德螺线常数α是牛角芯模设计的关键,也是保证弯管壁厚均匀的前提。当α较小时,有利于推制进行,但壁厚减薄剧烈;α较大时,有利于壁厚均匀,但容易出现起皱现象。本文较佳的α值在1.0左右。 (3)扩径比较大时,出现内侧减薄现象,弯管壁厚公差偏大;当扩径比较小时,内侧增厚,壁厚的公差也偏大,也容易发生起皱现象。合理的扩径比能够使弯曲增厚和扩径减薄的作用相互抵消,从而保证壁厚均匀。本文较佳的扩径比为1.3左右。 (4)推制速度较小时,弯管内侧厚度减薄,随着推制速度的增大,内侧壁厚逐渐增加:当推制速度超过4.0mm/s时,易出现起皱现象,壁厚公差明显增大。本工艺较佳推制速度范围是3.5mm/s左右。 (5)推制温度的较佳范围是750～800℃,管坯在牛角芯模出口处的表面温度不应低于600℃,否则容易造成推制失败。 综上所述,本文较佳的牛角芯模参数为:阿基米德螺线常数α=1.0,扩径比K=1.3;较佳的工艺为:推制温度750～800℃,推制速度3.5mm/s。
李鹏飞[7]2017年在《型材和管材的柔性弯曲成形及其数值模拟研究》文中提出型材和管材广泛应用于汽车、航空、船舶等制造领域,其成形质量直接影响到产品的使用性能;型材和管材的弯曲成形工艺已经成为了材料加工领域研究的热点之一。使用传统的弯曲工艺成形不同曲率半径的型材或管材时,需要更换不同的模具,导致模具制造成本高,生产准备周期长。对于曲率半径连续变化的型材或管材,使用诸如绕弯和压弯的传统生产方式无法加工。因此,研究新型的弯曲成形方法具有重要的科学研究意义和工业应用价值。柔性弯曲成形工艺是一种型材和管材弯曲加工的全新技术,其主要特点是降低型材和管材的弯曲成形成本、缩短生产周期、实现弯曲加工柔性化。柔性弯曲成形工艺使用柔性可调模具代替固定的弯曲模具,通过调节弯曲模具位置和角度实现不同曲率型材和管材的弯曲成形。通过一套柔性弯曲成形设备可以成形各种不同曲率半径的型材和管材,并实现曲率连续变化的型材和管材的弯曲成形。信息技术和计算机功能的飞速发展使计算机仿真模拟的使用逐渐增加,使用数值模拟进行产品的开发也得到了广泛应用。采用有限元分析软件对型材和管材的柔性弯曲过程进行仿真分析,可以全面地了解型材和管材在柔性弯曲时的应力应变情况,以及型材和管材弯曲的曲率变化趋势,预测和消除成形缺陷,进行工艺参数优化。本文采用数值模拟方法分析了柔性弯曲过程中模具位置和模具偏移量对弯曲后型材和管材曲率的影响;研究了模具侧向偏移对非对称型材旁弯缺陷的消除作用以及通过模具的连续偏移实现型材和管材的变曲率弯曲成形的方法。本文的主要研究内容与结论如下:(1)柔性弯曲成形原理的研究研究型材和管材的柔性弯曲原理及柔性弯曲过程,分析柔性弯曲成形与传统弯曲成形的差异,说明柔性弯曲成形方法的可行性和优势。(2)型材和管材柔性弯曲有限元模型的建立基于柔性弯曲原理分别建立了型材和管材的柔性弯曲有限元模型,根据实验定义材料属性,并确定单元选择、网格划分、边界条件及接触与摩擦定义等仿真初始条件,为柔性弯曲成形的数值模拟研究奠定基础。(3)型材的柔性弯曲及旁弯缺陷消除方法的研究采用数值模拟方法对型材柔性弯曲成形过程进行仿真模拟,改变模具参数对比型材弯曲成形曲率,探讨模具参数变化时型材的曲率变化趋势。分析型材柔性弯曲过程中旁弯缺陷产生的原因和消除方法,进行型材柔性弯曲时消除旁弯的研究,并通过相应实验进行验证。(4)管材的柔性弯曲及最小弯曲系数的研究采用数值模拟方法对管材的柔性弯曲成形进行仿真模拟,对比在不同模具参数时成形的弯管的曲率差异,探讨模具参数对管材柔性弯曲曲率的影响。根据弯管半径的变化趋势,分析成形最小弯管系数管材的成形方案,并通过仿真模拟和实验进行验证。(5)变曲率连续弯曲成形的实现及柔性弯曲成形方案的确定探讨柔性弯曲成形方案的确定依据及确定方法,研究进行不同弯曲成形方案时柔性弯曲成形装置参数的设置方法。通过数值模拟探究变曲率连续弯曲成形和多区段连续弯曲成形的可行性,并通过相应实验进行验证。
陈璇[8]2006年在《薄壁管热推弯曲过程有限元模拟》文中研究表明薄壁管热推弯曲成形工艺易于实现生产柔性化和自动化,因此广泛应用于航空、航天及汽车工业等领域。在薄壁管热推弯曲过程中,由于存在不均匀温度场,弯曲制件容易出现开裂、起皱、壁厚减薄以及截面扁化等缺陷。薄壁管热推弯曲成形工艺过程复杂,在弯管过程中需要控制的因素多,目前尚无完整成熟的工艺理论。热推弯管工艺的深入研究对合理制定工艺参数,高效、快速获得合格弯管制件具有理论和实际意义。以塑性理论为基础,分析比较了不同简化模式下的管材推弯力学模型,讨论了减薄率与椭圆率的定性关系;在假设转臂与弯曲管坯铰接的条件下,用解析方法对管材推弯问题重新进行了求解,得到的弯矩表达式、中性层的位置等更加符合实际受力情况。分析了塑性弯管截面扁化的机理,得出了可通过改变管材圆周方向的温度场分布,控制管材截面椭圆率的方法。分别在管材弯曲的内外和上下两侧设定不同的变形温度,可提高局部变形区金属的抗力,从而达到降低管材断面椭圆率的目标。采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对加载瞬态温度场的薄壁管热推弯曲过程进行了模拟。采用管材圆周方向不均匀的冷却方式,在加热区和非加热区分别对与管材弯曲平面相垂直的上下侧金属冷却,模拟管材的推弯过程,得到了管材截面椭圆率、壁厚减薄率随弯曲角的变化规律。此外,控制管材轴向变形区宽度较不控制变形区宽度可获得更小管材断面椭圆率。降低管材推进速度,改变管材轴向温度分布,也可获得小的断面椭圆率。综合比较认为,在非加热区对管材上下侧冷却可获得较小的断面椭圆率。当管材断面椭圆率降低时,壁厚减薄率却随之增加,二者的变化趋势相反。
王建英[9]2007年在《基于PLC控制的大型中频加热弯管机的研究》文中进行了进一步梳理为满足国内各行业对高质量和精度弯管的需要,本论文研究了基于PLC控制的大型中频加热弯管机。首先对中频加热弯管机的结构进行了分析,并对其主要的机械装置进行了选型与计算,设计了液压系统来代替传统的机械传动,设计了基于PLC的中频加热弯管机控制系统。控制系统包括角度控制、温度控制以及运动过程控制叁部分。上位机采用PC机,下位机采用可编程序控制器,利用可编程控制器的通信功能,采用Visual Basic开发了简单实用的监控软件,实现了实时监控的目的。另外控制系统还采用了触摸屏,使人机交互更加的方便。
吕海源[10]2008年在《金属复合管弯曲过程数值模拟与实验验证》文中进行了进一步梳理随着科学技术与工业生产的不断发展,在航空器制造、工程机械、动力机械、农牧机械、石油化工、轻工及交通运输等工业部门中,已广泛采用管材制造零件。因此,管材塑性加工在当代工业生产中已占据十分重要的地位。管材塑性加工是指对管材的二次加工,故属于管材深加工技术范畴。管材弯曲则是一种最常用的管材塑性加工方法。金属复合管是由两种或两种以上不同材料构成,它可以充分利用基材和覆层金属各自的优点,具有节约贵金属、良好的性价比等特点,近年来在生产生活的各个领域得到了越来越广泛的应用。金属复合管弯曲研究有着很重要的意义。本文的主要研究内容如下:1.通过试验获得了材料性能参数,使用DYNAFORM软件模拟金属复合管弯曲成形过程,得到了成形前后壁厚的变化,应力、应变分布,预测了成形缺陷。2.采用自己设计的模具进行了管材弯曲实验,分析了内弧面失稳起皱,外弧面过于稀薄以及横截面畸变变形等成形缺陷产生的原因,验证了有限元模拟的结果。有限元模拟与实验验证表明:单层管材弯曲理论仍然适用于金属复合管弯曲理论计算设计;管材与模具间的摩擦越小对成形质量越好;在没有严格要求时,可以适当增大弯曲半径及减少弯曲角度,这样有利于成形质量;管材内部如能提供有效支撑可以减少起皱及横截面畸变现象。
参考文献：
[1]. 加热弯管工艺计算机数值模拟[D]. 张君. 西北工业大学. 2001
[2]. 车架管材小弯曲半径热成形研究[D]. 闫明. 燕山大学. 2007
[3]. 加热弯管工艺研究[J]. 张君, 何养民, 杨合. 重型机械. 2002
[4]. 大型弯管热揻制过程数值模拟及工艺优化[D]. 韩文鹏. 燕山大学. 2016
[5]. 基于叁维FEM模拟的数控弯管质量控制[D]. 赵臻淞. 西北工业大学. 2002
[6]. 钛环形管成形过程的有限元模拟[D]. 李林涛. 西北工业大学. 2006
[7]. 型材和管材的柔性弯曲成形及其数值模拟研究[D]. 李鹏飞. 吉林大学. 2017
[8]. 薄壁管热推弯曲过程有限元模拟[D]. 陈璇. 燕山大学. 2006
[9]. 基于PLC控制的大型中频加热弯管机的研究[D]. 王建英. 华北电力大学（河北）. 2007
[10]. 金属复合管弯曲过程数值模拟与实验验证[D]. 吕海源. 上海交通大学. 2008
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