鈦管材料參數(shù)變化規(guī)律對數(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)高強鈦合金管材數(shù)控彎曲精確成形技術(shù)。而收縮應變比和彈性模量兩材料參數(shù)隨塑性變形的變化規(guī)律對鈦管彎曲成形質(zhì)量具有重要影響。為此，本文以 TA18鈦管為研究對象，采用實驗研究、數(shù)值模擬與理論分析相結(jié)合的方法，對管材收縮應變比和彈性模量的變化規(guī)律及其對數(shù)控彎曲成形的影響進行了系統(tǒng)深入的研究，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　通過加載-卸載實驗獲得了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，隨應變增加逐漸變得緩慢，變形后期，彈性模量趨于穩(wěn)定。研究了不同應變量下的TA18鈦管位錯密度變化，揭示了彈性模量變化的微觀機制。基于數(shù)字散斑法，提出了連續(xù)獲得寬應變范圍內(nèi)收縮應變比的新方法。確定了合理的標距，通過理論補償修正了成形過程中的彈性變形，研究了彈性修正、彈性模量和泊松比對TA18鈦管收縮應變比的影響。結(jié)果表明，三因素對小應變下的收縮應變比及其變化趨勢影響顯著。獲得了TA18鈦管收縮應變比隨

3、變形的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)初始階段收縮應變比迅速減小，隨應變增加逐漸變得緩慢，變形后期，收縮應變比趨于穩(wěn)定，進而建立了可精確描述TA18鈦管收縮應變比的描述模型。研究了不同應變量下的TA18鈦管織構(gòu)分布，揭示了收縮應變比變化的微觀機制。
　　基于Hill’s48屈服準則理論推導獲得了考慮收縮應變比和彈性模量變化規(guī)律的關(guān)鍵對稱 P矩陣和彈性Cijkl矩陣，建立了考慮收縮應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，實現(xiàn)了對本

4、構(gòu)模型的求解，基于ABAQUS二次開發(fā)接口，開發(fā)了考慮收縮應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)問題。建立了考慮收縮應變比和彈性模量變化規(guī)律的TA18鈦管數(shù)控彎曲及回彈全過程有限元模型。彎曲實驗表明，該有限元模型是可靠的。
　　分析了收縮應變比和彈性模量變化規(guī)律對TA18鈦管數(shù)控彎曲成形和回彈的影響。結(jié)果表明，考慮收縮應變比變化規(guī)律可提高壁厚減薄和截面扁化預測精度，最大可分

5、別提高約15.94％和17.40%；考慮彈性模量變化規(guī)律可提高回彈角預測精度，最大可提高約為10.40%；同時考慮收縮應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測精度，最大可分別提高約23.44%、17.84%和15.58%。揭示其原因在于，同時考慮收縮應變比和彈性模量變化規(guī)律時，沿變形區(qū)外脊線產(chǎn)生較大拉應力，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)生大的壓應力，彎曲變形區(qū)在彎曲變形時產(chǎn)生較大的軸向應力

6、。這些因素的綜合作用導致管材發(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變比和彈性模量變化規(guī)律時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，研究了收縮應變比和彈性模量變化規(guī)律對TA18鈦管數(shù)控彎曲回彈角和回彈半徑的影響，發(fā)現(xiàn)，同時考慮收縮應變比和彈性模量變化規(guī)律時對回彈角和回彈半徑的變化趨勢無顯著影響，但所獲得的回彈角和回彈半徑均大于忽