薄壁管材在連續(xù)矯直過程中,各矯直輥組的壓彎量作為核心工藝參數(shù)直接決定了薄壁管材的矯直精度。而目前現(xiàn)場(chǎng)仍沿用經(jīng)驗(yàn)圖表結(jié)合人工經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試矯對(duì)其進(jìn)行估定,亟待建立針對(duì)性的壓彎量數(shù)學(xué)模型以指導(dǎo)生產(chǎn)。為此從薄壁管材的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和矯直輥系組成出發(fā),構(gòu)建了針對(duì)壓彎量計(jì)算的簡(jiǎn)化懸臂結(jié)構(gòu)模型,基于相關(guān)假設(shè)和彈塑性相關(guān)理論,分別確定了平面應(yīng)力狀態(tài)下彈性區(qū)和彈塑性區(qū)管材橫截面的彎矩模型,運(yùn)用虛功原理建立了矯直輥壓彎量力學(xué)模型,并給出了數(shù)值計(jì)算方法,完成了程序開發(fā)。經(jīng)有限元?jiǎng)討B(tài)仿真試驗(yàn)證明了模型的正確性和適用性,通過對(duì)典型管材數(shù)據(jù)的計(jì)算繪制了一系列工藝參數(shù)曲線,得到管材軸線彎曲半徑和壓彎量隨管材直徑、壁厚和屈服極限的變化關(guān)系,為現(xiàn)場(chǎng)壓彎量的調(diào)整提供理論依據(jù)。 

【文章來源】：計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2015年02期 第212-219頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖１薄壁管材連續(xù)矯直模型Ｆｉｇ．１Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇｔｈｅｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄｔｕｂｅ

輥縫的連線即為矯直軸線，第ＩＩ、ＩＩＩ組矯直輥組采用等曲率反彎輥形，通過連續(xù)的軸向彎曲變形對(duì)管材進(jìn)行矯直，為使管材在矯直過程中曲率變化平穩(wěn)且順利咬入，需要調(diào)整第ＩＩ、ＩＩＩ組矯直輥的壓彎量δｉ，使每?jī)蓪?duì)輥組中間的管材均發(fā)生彎曲變形，且軸線曲率隨橫截面位置連續(xù)變化，由于第ＩＩ、ＩＩＩ組矯直輥的輥縫較長(zhǎng)，可把矯直輥簡(jiǎn)化為固定端，同時(shí)由于矯直輥組的夾持作用，各組輥之間的管材變形并不發(fā)生相互影響，因此可將輥間的管材簡(jiǎn)化為懸臂梁，在矯直力的作用下發(fā)生彎曲變形。如圖２所示，第ＩＩ、ＩＩＩ組矯直輥的分布矯直力簡(jiǎn)化為集中力，以反力的形式作用于梁的自由端，由于懸臂梁在受集中力作用時(shí)自由端彎矩為０，故懸臂梁的長(zhǎng)度應(yīng)為０彎矩點(diǎn)到力的作用點(diǎn)的距離，即為圖１中的ｌｉ，但從圖５（ａ）對(duì)矯直過程的仿真可以看出，管材在經(jīng)過第ＩＩ、ＩＩＩ組矯直輥后迅速彈復(fù)，應(yīng)力下降很快，彎矩Ｍｉ很快減小到０而后反向加載，彈復(fù)區(qū)域較短，故每段懸臂梁的長(zhǎng)度可近似等于輥距ｐ，這樣只需針對(duì)圖２所示的獨(dú)立懸臂梁?jiǎn)卧诩谐C直力Ｆｉ作用下，確定矯直輥處彎曲撓度ｙｉ即可得到連續(xù)矯直時(shí)各組圖２簡(jiǎn)化的懸臂梁模型Ｆｉｇ．２Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｂｅａｍ矯直輥的壓彎量δｉ數(shù)學(xué)模型。同時(shí)，數(shù)學(xué)建模的過程中需引入以下假設(shè)。（１）由薄殼理論知，因管壁很薄，故忽略管材在矯直過程中的壁厚變化，同時(shí)由于徑向正應(yīng)力遠(yuǎn)小于其他應(yīng)力，可忽略不計(jì)；任意垂直于中心軸的管材截面在矯直過程中始終為平面且與中心軸保持垂直；相鄰兩截面間無傾斜扭曲，且忽略管材

中，Ｅ為彈性模量，Ｅ１為切線模量，σｓ為材料屈服極限。（４）薄壁管材矯直變形過程中的塑性區(qū)域遵循體積不變?cè)瓌t。３壓彎量力學(xué)建模３．１彈性區(qū)彎矩模型如圖２所示，輥間管材在矯直力的作用下發(fā)生連續(xù)彎曲變形，管材橫截面的彎矩從自由端向固定端逐漸增大，當(dāng)截面ｅ－ｅ距０點(diǎn)的距離為ｘｅ時(shí)，發(fā)生初始屈服，沿管材軸線取垂直于軸線的任意橫截面ｎ－ｎ，當(dāng)該截面位于［ｘｅ，ｐ］范圍時(shí)，截面上的點(diǎn)均為彈性變形，在管壁上取任意微元體ＡＭＮＤ，如圖３所示，由于管材壁厚較薄，單元體由管材內(nèi)外壁與兩個(gè)夾角為ｄφ的半徑包圍而成，與中性層的夾角為φ，距管材軸線的半徑為ｒ，由文獻(xiàn)［１１］可知，該圖３薄壁管材的橫截面Ｆｉｇ．３Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄｔｕｂｅ２１３第２期張子騫，等：平面應(yīng)力下薄壁管材連續(xù)矯直壓彎量力學(xué)模型與數(shù)值解法

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：2912519