鈦管材料參數(shù)變化規(guī)律對(duì)數(shù)控彎曲成形的影響.pdf

1、航空、航天等領(lǐng)域高端裝備的發(fā)展，迫切需要研究和發(fā)展輕質(zhì)高強(qiáng)鈦合金管材數(shù)控彎曲精確成形技術(shù)。而收縮應(yīng)變比和彈性模量?jī)刹牧蠀?shù)隨塑性變形的變化規(guī)律對(duì)鈦管彎曲成形質(zhì)量具有重要影響。為此，本文以 TA18鈦管為研究對(duì)象，采用實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)管材收縮應(yīng)變比和彈性模量的變化規(guī)律及其對(duì)數(shù)控彎曲成形的影響進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　通過(guò)加載-卸載實(shí)驗(yàn)獲得了TA18鈦管彈性模量隨變形的變化規(guī)律，發(fā)

2、現(xiàn)其變化呈現(xiàn)初始階段彈性模量迅速減小，隨應(yīng)變?cè)黾又饾u變得緩慢，變形后期，彈性模量趨于穩(wěn)定。研究了不同應(yīng)變量下的TA18鈦管位錯(cuò)密度變化，揭示了彈性模量變化的微觀機(jī)制?；跀?shù)字散斑法，提出了連續(xù)獲得寬應(yīng)變范圍內(nèi)收縮應(yīng)變比的新方法。確定了合理的標(biāo)距，通過(guò)理論補(bǔ)償修正了成形過(guò)程中的彈性變形，研究了彈性修正、彈性模量和泊松比對(duì)TA18鈦管收縮應(yīng)變比的影響。結(jié)果表明，三因素對(duì)小應(yīng)變下的收縮應(yīng)變比及其變化趨勢(shì)影響顯著。獲得了TA18鈦管收縮應(yīng)變比隨

3、變形的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)初始階段收縮應(yīng)變比迅速減小，隨應(yīng)變?cè)黾又饾u變得緩慢，變形后期，收縮應(yīng)變比趨于穩(wěn)定，進(jìn)而建立了可精確描述TA18鈦管收縮應(yīng)變比的描述模型。研究了不同應(yīng)變量下的TA18鈦管織構(gòu)分布，揭示了收縮應(yīng)變比變化的微觀機(jī)制。
　　基于Hill’s48屈服準(zhǔn)則理論推導(dǎo)獲得了考慮收縮應(yīng)變比和彈性模量變化規(guī)律的關(guān)鍵對(duì)稱(chēng) P矩陣和彈性Cijkl矩陣，建立了考慮收縮應(yīng)變比和彈性模量變化規(guī)律的本構(gòu)模型。采用牛頓迭代算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)本

4、構(gòu)模型的求解，基于ABAQUS二次開(kāi)發(fā)接口，開(kāi)發(fā)了考慮收縮應(yīng)變比和彈性模量變化規(guī)律的本構(gòu)模型子程序。解決了單元、網(wǎng)格劃分和管模接觸摩擦的處理等建模關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。建立了考慮收縮應(yīng)變比和彈性模量變化規(guī)律的TA18鈦管數(shù)控彎曲及回彈全過(guò)程有限元模型。彎曲實(shí)驗(yàn)表明，該有限元模型是可靠的。
　　分析了收縮應(yīng)變比和彈性模量變化規(guī)律對(duì)TA18鈦管數(shù)控彎曲成形和回彈的影響。結(jié)果表明，考慮收縮應(yīng)變比變化規(guī)律可提高壁厚減薄和截面扁化預(yù)測(cè)精度，最大可分

5、別提高約15.94％和17.40%；考慮彈性模量變化規(guī)律可提高回彈角預(yù)測(cè)精度，最大可提高約為10.40%；同時(shí)考慮收縮應(yīng)變比和彈性模量的變化規(guī)律可顯著提高壁厚減薄、截面扁化和回彈角的預(yù)測(cè)精度，最大可分別提高約23.44%、17.84%和15.58%。揭示其原因在于，同時(shí)考慮收縮應(yīng)變比和彈性模量變化規(guī)律時(shí)，沿變形區(qū)外脊線產(chǎn)生較大拉應(yīng)力，在靠近彎曲變形區(qū)的前直線段和后直線段部位的內(nèi)脊線產(chǎn)生大的壓應(yīng)力，彎曲變形區(qū)在彎曲變形時(shí)產(chǎn)生較大的軸向應(yīng)力

6、。這些因素的綜合作用導(dǎo)致管材發(fā)生大的壁厚減薄、截面扁化和回彈。
　　獲得了不同幾何條件和工藝條件下是否考慮收縮應(yīng)變比和彈性模量變化規(guī)律時(shí)TA18鈦管數(shù)控彎曲壁厚減薄和截面扁化的規(guī)律，確定了TA18鈦管數(shù)控彎曲成形的合理參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，研究了收縮應(yīng)變比和彈性模量變化規(guī)律對(duì)TA18鈦管數(shù)控彎曲回彈角和回彈半徑的影響，發(fā)現(xiàn)，同時(shí)考慮收縮應(yīng)變比和彈性模量變化規(guī)律時(shí)對(duì)回彈角和回彈半徑的變化趨勢(shì)無(wú)顯著影響，但所獲得的回彈角和回彈半徑均大于忽