本文關(guān)鍵詞：分布式位移加載拉伸成形中的缺陷研究及加載軌跡優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 拉伸成形 數(shù)值模擬 軌跡優(yōu)化 起皺 拉裂 變形均勻性 成形精度

【摘要】：制造業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)的脊梁,其技術(shù)水平的高低是衡量一個國家綜合國力的重要標(biāo)志。在航空工業(yè)中,蒙皮件作為最常用的金屬板類件,其主要加工方式是拉伸成形。近年來,隨著消費者對產(chǎn)品性能和個性化的追求,對成形件的表面質(zhì)量及精度要求不斷提高,迫切需要拉伸成形技術(shù)向高效、柔性化趨勢發(fā)展。而傳統(tǒng)的拉伸成形工藝采用整體夾鉗,在復(fù)雜形狀曲面成形過程中容易出現(xiàn)起皺、拉裂等缺陷,并且獲取成形件的變形均勻性較差,成形精度不高。分布式位移加載拉伸成形是一種新型的三維曲面件成形方法,將載荷施加于板料兩端的一系列加載點上,通過合理設(shè)計離散加載點的軌跡,使被夾持端板料可隨模具型面不斷變化,在過渡區(qū)長度較小的情況下,獲取比較理想的成形結(jié)果,減小工藝余料。本文采用數(shù)值模擬方法,分別從板料起皺、拉裂、變形均勻性及成形精度等方面,對傳統(tǒng)拉伸成形以及分布式位移加載拉伸成形進(jìn)行對比分析,并對拉伸成形曲面精度進(jìn)行實驗驗證。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.分析了傳統(tǒng)拉伸成形和分布式位移加載拉伸成形的特點及板料的變形過程。采用ABAQUS軟件建立有限元模型,成形板的材料模型,并介紹了模擬中各部件之間的接觸設(shè)置,以及邊界處理。探討了傳統(tǒng)拉形中,不同過渡區(qū)長度對應(yīng)板料的貼模狀態(tài),表明增長過渡區(qū)可使板料更好的與模具貼合。采用有限元模擬的方法,對兩種不同成形方法中,板料的起皺、拉裂缺陷進(jìn)行分析。得出傳統(tǒng)的拉伸成形中,由于剛性的夾持方式,板料容易出現(xiàn)應(yīng)力集中,產(chǎn)生拉裂,并且板料貼模困難區(qū)域容易產(chǎn)生起皺缺陷。分布式位移加載拉形中,加載點軌跡可單獨控制,當(dāng)設(shè)計不合理時,會產(chǎn)生與傳統(tǒng)拉形同樣的缺陷,甚至獲得更差的成形效果。另外,對分布式位移加載成形曲面過程進(jìn)行分析,探討板料寬度對縱向應(yīng)變的影響,給出了加載軌跡設(shè)計的依據(jù)。對于任意目標(biāo)曲面給出各離散點加載位移量的解析表達(dá)式。為對比傳統(tǒng)拉伸成形方法與分布式位移加載拉伸成形方法及不同加載軌跡,對應(yīng)的板料拉裂、起皺、變形均勻性以及II成形精度,分別設(shè)計了四種不同的加載模式。2.對拉伸板料分散性和集中性失穩(wěn)理論進(jìn)行探討,并給出不同條件下,產(chǎn)生拉伸失穩(wěn)時的應(yīng)變。研究了板料厚向異性對拉伸變形穩(wěn)定性的影響,并給出塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及產(chǎn)生失穩(wěn)時的應(yīng)變,最終得到理論計算的成形極限圖�；趯Π辶铣尚涡阅艿臄�(shù)值模擬研究,給出通過模擬獲得的成形極限圖。對板料變形中的破裂過程進(jìn)行研究,確定成形件的破裂危險區(qū)域。提取不同成形方法獲取曲面件,破裂危險區(qū)的應(yīng)變,分析距離破裂的安全裕度。結(jié)果表明,采用分布式位移加載拉形中的最小伸長量以及變位移加載模式,可以有效的抑制拉裂缺陷的產(chǎn)生,體現(xiàn)出比傳統(tǒng)加載模式和等伸長量加載模式更好的成形性能。另外,對比了采用同種加載模式成形不同曲率曲面時,板料的拉裂趨勢,表明曲率越大板料拉裂的概率相對較大。因此,在實際生產(chǎn)中,需要選擇合適的加載軌跡,有效的避免拉裂缺陷。3.對板料壓縮失穩(wěn)理論進(jìn)行研究,給出產(chǎn)生起皺缺陷的判別條件。以正高斯曲率曲面和負(fù)高斯曲率曲面為例,對傳統(tǒng)拉伸成形以及分布式位移加載拉伸成形中,板料的貼模過程進(jìn)行對比分析。分別對不同的拉伸成形方法獲取的球形及鞍形件的起皺過程及橫向壓應(yīng)力分布進(jìn)行研究,最終得出:分布式位移加載拉伸成形中,可通過合理設(shè)計加載軌跡,控制板料的變形過程,減小橫向壓應(yīng)力,避免產(chǎn)生壓縮失穩(wěn),從而達(dá)到抑制起皺缺陷產(chǎn)生的作用。4.基于對四種不同加載軌跡成形板料變形均勻性以及成形精度的數(shù)值模擬研究,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)加載模式成形曲面變形均勻性較差,成形誤差大;采用變位移加載模式成形板料變形均勻性以及成形精度較好。對不同離散加載點數(shù)量成形的鞍形件以及球形件的變形均勻性進(jìn)行探討,表明離散加載點數(shù)量越多,板料的變形越均勻。以板料變形均勻性及成形精度為考察指標(biāo),采用正交試驗的方法對加載軌跡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,并驗證了優(yōu)化結(jié)果的正確性。5.具體介紹了三維曲面測量設(shè)備,給出了曲面測量的具體流程,并分析曲面測量過程中需注意的問題。采用變位移加載模式,成形了不同種類的曲面件,實驗件表面均比較光滑,沒有產(chǎn)生起皺缺陷。利用便攜式三維測量儀對實驗件形狀進(jìn)行掃描,并進(jìn)行誤差分析。結(jié)果表明,在分布式位移加載拉形中,當(dāng)加載軌跡設(shè)計比較合理時,成形不同曲面時均可表現(xiàn)出較高的精度,驗證了該成形方法的穩(wěn)定性及可靠性。
【關(guān)鍵詞】：拉伸成形 數(shù)值模擬 軌跡優(yōu)化 起皺 拉裂 變形均勻性 成形精度
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V261
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 基于離散化方式成形三維曲面的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 多點成形14
• 1.2.2 基于成形工具離散化的曲面輥彎成形14-17
• 1.2.3 基于多點控制可彎輥的曲面連續(xù)輥壓成形17-18
• 1.3 三維曲面拉伸成形技術(shù)研究現(xiàn)狀18-26
• 1.3.1 傳統(tǒng)拉伸成形18-20
• 1.3.2 拉伸成形工具離散化的研究20-25
• 1.3.3 分布式位移加載拉伸成形25-26
• 1.4 選題意義及主要的研究內(nèi)容26-28
• 1.4.1 選題意義26-27
• 1.4.2 主要研究內(nèi)容27-28
• 1.5 小結(jié)28-29
• 第二章 拉伸成形缺陷及加載軌跡設(shè)計29-51
• 2.1 引言29
• 2.2 傳統(tǒng)拉形工藝29-30
• 2.3 分布式位移加載拉伸成形30-31
• 2.4 拉伸成形工藝有限元模型31-35
• 2.4.1 有限元模型建立31-32
• 2.4.2 板料的材料模型32-33
• 2.4.3 接觸及邊界處理33-35
• 2.5 拉伸成形中的主要問題35-42
• 2.5.1 成形誤差35-37
• 2.5.2 拉伸成形中的起皺37-39
• 2.5.3 拉伸成形中的開裂39-42
• 2.6 加載軌跡設(shè)計42-45
• 2.7 四種典型的位移加載模式45-49
• 2.7.1 傳統(tǒng)的加載模式(LT-1)46-47
• 2.7.2 等伸長量加載模式(LT-2)47
• 2.7.3 最小伸長量加載模式(LT-3)47-48
• 2.7.4 變位移加載模式(LT-4)48-49
• 2.8 小結(jié)49-51
• 第三章 拉伸成形中的開裂及加載模式的影響51-71
• 3.1 引言51
• 3.2 板料塑性變形失穩(wěn)理論51-56
• 3.2.1 分散性失穩(wěn)理論51-54
• 3.2.2 集中性失穩(wěn)理論54-55
• 3.2.3 厚向異性對拉伸變形穩(wěn)定性的影響55-56
• 3.3 板料成形性能的獲取56-61
• 3.3.1 實驗材料參數(shù)57
• 3.3.2 杯突試驗仿真模型57-58
• 3.3.3 成形極限曲線獲取方案58-59
• 3.3.4 成形極限圖59-61
• 3.4 材料損傷及開裂失效模型61-63
• 3.5 不同加載軌跡拉伸成形中的開裂缺陷分析63-69
• 3.5.1 成形曲面破裂過程及位置63-66
• 3.5.2 不同加載模式下的拉伸成形性66-67
• 3.5.3 不同曲率曲面產(chǎn)生拉裂的趨勢分析67-69
• 3.6 小結(jié)69-71
• 第四章 拉伸成形中的起皺及加載模式的影響71-87
• 4.1 引言71
• 4.2 失穩(wěn)起皺的產(chǎn)生及臨界判別條件71-72
• 4.3 傳統(tǒng)拉形與分布式位移加載拉形中曲面貼模的對比分析72-75
• 4.3.1 傳統(tǒng)拉伸成形貼模過程73-74
• 4.3.2 分布式位移加載拉伸成形貼模過程74-75
• 4.4 不同加載軌跡拉形中的起皺分析75-82
• 4.4.1 兩種典型的曲面及有限元模型75-77
• 4.4.2 球形件起皺過程77-80
• 4.4.3 鞍形件起皺過程80-82
• 4.5 不同加載軌跡成形板料橫向壓應(yīng)力分析82-85
• 4.5.1 球形件橫向壓應(yīng)力分布82-84
• 4.5.2 鞍形件橫向壓應(yīng)力分布84-85
• 4.6 小結(jié)85-87
• 第五章 分布式位移加載拉伸成形中的變形均勻性87-99
• 5.1 引言87
• 5.2 加載軌跡對變形均勻性的影響87-93
• 5.2.1 縱向應(yīng)變分布88-90
• 5.2.2 縱向應(yīng)力分布90-91
• 5.2.3 厚度分布91-93
• 5.3 加載軌跡對成形精度的影響93-94
• 5.4 離散加載點數(shù)量對變形均勻性的影響94-97
• 5.5 小結(jié)97-99
• 第六章 基于正交試驗方法的加載軌跡優(yōu)化設(shè)計99-111
• 6.1 引言99
• 6.2 正交試驗設(shè)計99-100
• 6.3 決定加載軌跡的主要因素100
• 6.4 正交試驗優(yōu)化設(shè)計100-102
• 6.4.1 試驗因素水平確定101
• 6.4.2 考察指標(biāo)101
• 6.4.3 正交試驗方案設(shè)計101-102
• 6.5 試驗結(jié)果及優(yōu)化分析102-109
• 6.5.1 應(yīng)變變化趨勢分析102-103
• 6.5.2 厚度減薄量對比分析103-104
• 6.5.3 成形誤差分析104-106
• 6.5.4 最優(yōu)結(jié)果驗證106-109
• 6.6 小結(jié)109-111
• 第七章 拉伸成形實驗件的曲面測量111-123
• 7.1 引言111
• 7.2 拉伸成形實驗111-112
• 7.2.1 拉伸成形過程111
• 7.2.2 成形實驗件111-112
• 7.3 曲面測量實驗112-117
• 7.3.1 曲面測量設(shè)備112-113
• 7.3.2 動態(tài)自動校準(zhǔn)過程113-115
• 7.3.3 曲面掃描過程115-117
• 7.4 實驗件誤差分析117-121
• 7.4.1 成形曲面誤差分布117-119
• 7.4.2 實驗件截面誤差119-121
• 7.5 小結(jié)121-123
• 第八章 結(jié)論123-125
• 參考文獻(xiàn)125-139
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文及主要成果139-141
• 致謝141

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本文編號：996978