連續(xù)變截面管液壓脹形研究.pdf

1、本文研究的連續(xù)變截面管(TRB管)為差厚管，由厚度連續(xù)變化的軋制差厚板(TRB，Tailor Roll Blank)通過焊管工藝制造而成，與差厚拼焊管的不同之處在于存在過渡區(qū)和無壁厚突變。為了掌握TRB管在液壓脹形中的成形規(guī)律，本文研究了TRB管液壓脹形過程中過渡區(qū)的變化規(guī)律、過渡區(qū)參數(shù)對(duì)成形性能的影響規(guī)律、不同管坯參數(shù)對(duì)變形協(xié)調(diào)性的影響規(guī)律和TRB無軸向補(bǔ)料成形階梯管的研究。
　　為了研究過渡區(qū)在液壓脹形過程中的變化規(guī)律，建立不

2、同參數(shù)的TRB管液壓脹形模型，研究了過渡區(qū)長(zhǎng)度、厚度差和長(zhǎng)度比在脹形過程中對(duì)過渡區(qū)移動(dòng)量和伸長(zhǎng)量以及對(duì)管件最大減薄率的影響規(guī)律。結(jié)果表明，過渡區(qū)長(zhǎng)度為60mm是變化趨勢(shì)中的一個(gè)分界點(diǎn)，過渡區(qū)長(zhǎng)度增大，移動(dòng)量和最大減薄率減小，減小速度先快后慢，過渡區(qū)長(zhǎng)度大于60mm時(shí)，變化不明顯，而伸長(zhǎng)量先增大后減小，過渡區(qū)長(zhǎng)度為60mm時(shí)達(dá)最大0.22mm;壁厚差為1.5mm是變化趨勢(shì)中的一個(gè)分界點(diǎn)，壁厚差增大，移動(dòng)量和最大減薄率增大，移動(dòng)量增大速度較

3、大，最大減薄率增大速度先慢后快，厚度差大于1.5mm時(shí)增大速度更快，伸長(zhǎng)量呈減小趨勢(shì);長(zhǎng)度比增大，移動(dòng)量和最大減薄率呈減小趨勢(shì)，伸長(zhǎng)量先減小后增大，長(zhǎng)度比為1時(shí)達(dá)最小值-0.03mm，即過渡區(qū)為壓縮狀態(tài)，長(zhǎng)度比的影響規(guī)律相對(duì)于過渡區(qū)長(zhǎng)與厚度差更復(fù)雜。
　　建立了不同過渡區(qū)參數(shù)的TRB管液壓脹形有限元模型，提出了一種離散不規(guī)則過渡區(qū)的新方法，研究了TRB管過渡曲線、厚度差和過渡區(qū)長(zhǎng)對(duì)脹形性能的影響規(guī)律。針對(duì)TRB管液壓脹形，進(jìn)行了正

4、交設(shè)計(jì)，以數(shù)值模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，建立了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，并將預(yù)測(cè)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果的精度。結(jié)果表明:各參數(shù)對(duì)脹形性能影響的區(qū)域不同，但都對(duì)最大成形高度影響顯著，極差最大達(dá)647mm，最小為2.88mm;4種過渡曲線中凹弧型的成形性能最差，最大的成形高度差2.88mm;增大過渡區(qū)長(zhǎng)度有利于脹形，隨厚度差增加，成形性能快速下降，其中厚側(cè)成形高度差值達(dá)8.22mm。單組預(yù)測(cè)值在誤差范圍內(nèi)，預(yù)測(cè)模型能用于預(yù)測(cè)其它過渡

5、區(qū)參數(shù)組合的TRB管脹形。
　　為了掌握TRB管參數(shù)對(duì)變形協(xié)調(diào)性的影響規(guī)律，建立了不同參數(shù)TRB管自由脹形模型，研究了過渡區(qū)長(zhǎng)、厚度比和長(zhǎng)度比對(duì)變形協(xié)調(diào)性、薄管極限脹形量和厚管最大脹形量的的影響規(guī)律。結(jié)果表明，過渡區(qū)長(zhǎng)度增大，變形協(xié)調(diào)性、極限脹形量和最大脹形量先增大后減小，過渡區(qū)長(zhǎng)度為40mm時(shí)變形協(xié)調(diào)性達(dá)最大值0.362，極限脹形量達(dá)最大值9.32mm，最大脹形量達(dá)最大值3.43mm;厚度比增大，變形協(xié)調(diào)性快速減小，極限脹形量為

6、快速增大、緩慢增大和減小的變化過程，最大脹形量先增大后減小，厚度比為2時(shí)極限脹形量達(dá)最大值9.48mm，厚度比為1.5時(shí)最大脹形量達(dá)最大值3.76mm;長(zhǎng)度比增大，變形協(xié)調(diào)性先緩慢減小后快速增大，長(zhǎng)度比為1達(dá)最小值0.178，極限脹形量先快速增大，長(zhǎng)度比大于1.7后緩慢增大，最大脹形量先緩慢增大，長(zhǎng)度比大于1后快速增大。
　　建立了TRB管無軸向補(bǔ)料階梯管脹形的有限元模型，研究了TRB管的過渡區(qū)長(zhǎng)度、脹形區(qū)長(zhǎng)度及階梯管的設(shè)計(jì)壁厚對(duì)

7、成形后階梯件壁厚分布的影響，并對(duì)軸向非對(duì)稱階梯管的成形進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明:成形件最小壁厚與設(shè)計(jì)壁厚的最大差值為0.109mm，為設(shè)計(jì)壁厚的5.45％，而最大壁厚與設(shè)計(jì)壁厚的最大差值為0.117mm，為設(shè)計(jì)壁厚的5.85％;非軸向?qū)ΨQ階梯管成形中最大差值分別為設(shè)計(jì)壁厚的4％與4.88％，因此，認(rèn)為壁厚分布是均勻的。隨設(shè)計(jì)壁厚增大，壁厚差和最小壁厚與設(shè)計(jì)壁厚的差增大，極差分別達(dá)0.109mm、0.042mm，對(duì)壁厚分布的影響最大;過渡區(qū)長(zhǎng)