T型材冷彎成形加工中失穩(wěn)起皺問題的計(jì)算與分析.pdf

1、冷彎成形加工是船舶工業(yè)普遍采用的對型材等構(gòu)件進(jìn)行彎曲加工的一種成形工藝。T型材是船舶結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，它能夠最合理的使用材料而得到最高的強(qiáng)度，并且能使結(jié)構(gòu)具有良好的對稱性。由于構(gòu)成舭部分段的T型材一般要求具備一定的曲度，所以在裝配之前都需要進(jìn)行彎曲成形加工。T型材的先焊后彎工藝可以節(jié)約大量的材料和勞動力成本，具有明顯的優(yōu)勢。然而在T型材反彎時(shí)，腹板邊緣由于受到的切向壓應(yīng)力過大容易導(dǎo)致塑性失穩(wěn)，產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。起皺嚴(yán)重影響型材的成形質(zhì)量，并使

2、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大大降低。因此本文采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)，對T型材冷彎成形加工過程中失穩(wěn)起皺的產(chǎn)生機(jī)理和T型材尺度參數(shù)對失穩(wěn)起皺的影響規(guī)律進(jìn)行了深入的研究。該研究對T型材冷彎成形工藝參數(shù)的選取和優(yōu)化具有重要的理論意義和參考價(jià)值。本文的主要內(nèi)容如下：
　　 分析和解決T型材冷彎成形三維有限元建模過程涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題，基于ANSYS/LS-DYNA三維動態(tài)顯式有限元模擬軟件平臺建立了既符合實(shí)際又兼顧計(jì)算精度和計(jì)算效率的有限元模型。對所建模

3、型進(jìn)行計(jì)算并與文獻(xiàn)中的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證，結(jié)果吻合良好。該模型的建立為研究失穩(wěn)起皺的產(chǎn)生機(jī)理和T型材尺度參數(shù)對失穩(wěn)起皺的影響規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。
　　 針對建立的有限元模型，獲得了T型材冷彎成形過程中切向應(yīng)力和等效應(yīng)變分布云圖，分析成形過程中材料的變形行為和起皺產(chǎn)生的機(jī)理，追蹤壓縮變形區(qū)不同單元的應(yīng)力應(yīng)變位移隨著彎曲的進(jìn)行變化曲線，發(fā)現(xiàn)了失穩(wěn)起皺分叉點(diǎn)位于較小彎曲曲率階段，并準(zhǔn)確的描述了起皺模態(tài)的發(fā)展過程。為研究失穩(wěn)起皺的影響參數(shù)

4、提供了依據(jù)。
　　 基于所建立的有限元模型，設(shè)計(jì)一系列不同腹板厚度的計(jì)算條件，對T型材冷彎加工成形進(jìn)行有限元模擬，對比計(jì)算結(jié)果得出，腹板厚度越大，就越不容易起皺，并用MATLAB擬合了計(jì)算數(shù)據(jù)得到腹板厚度與分叉點(diǎn)處最大切向壓應(yīng)力和最小相對彎曲半徑之間的關(guān)系公式；設(shè)計(jì)剖面模數(shù)相差不多的7組不同腹板寬厚比的計(jì)算條件，進(jìn)行模擬分析得出，寬厚比越大，越容易發(fā)生失穩(wěn)起皺，然后將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行公式擬合，得到腹板寬厚比與分叉點(diǎn)處最大切向壓應(yīng)力和