沖擊液壓載荷作用下管材動態(tài)塑性本構關系的研究.pdf

1、基于輕量化和一體化特征開發(fā)的管材液壓成形技術（THF），具有成本低、成形零件質量好、節(jié)約材料等優(yōu)點，正獲得快速發(fā)展。然而，在實際生產應用中發(fā)現(xiàn)，THF存在制造過程繁瑣、成形難度大、成形效率較低等缺點。沖擊液壓成形（Liquid Impact Forming,LIF）是在液壓脹形和沖壓成形基礎上發(fā)展起來的一種新型復合成形技術，它利用壓力機上下模具閉合時的徑向壓管運動，使管材內部液體自發(fā)產生內壓力而快速填充模具型腔，完成脹形過程，以此甩掉復

2、雜的液壓系統(tǒng)而大幅降低管材成形的成本和周期。高精度的管材塑性本構關系不僅對管材成形機理的分析具有重要影響，而且是有限元數(shù)值模擬的重要前提。因此，本文對沖擊液壓載荷作用下管材的動態(tài)塑性本構關系進行研究具有重要意義。
　　本文研究的主要內容包括：
　?。?）分析本構關系的基礎理論和材料的應變速率響應，根據(jù)管材沖擊液壓成形的受力條件，選定管材沖擊液壓成形的動態(tài)塑性本構模型。
　?。?）對SS304不銹鋼管材進行不同速度的沖擊

3、液壓成形試驗，通過應變在線測量系統(tǒng)對管材脹形區(qū)的動態(tài)變化數(shù)據(jù)進行在線測量，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)計算輪廓上的軸向曲率半徑和周向半徑。
　?。?）基于上述試驗變形數(shù)據(jù)，先用一般線性回歸法，求解兩種本構模型的參數(shù)；然后研究根據(jù)遺傳算法的收斂特點，求解管材沖擊液壓條件下的兩種塑性本構關系。
　?。?）基于DYNAFORM和ANSYS Workbench聯(lián)合仿真，建立管材沖擊液壓成形的有限元模型，分別將線性回歸法和遺傳算法得到的管材塑性本構關

4、系作為材料模型，對管材沖擊液壓成形過程分別進行有限元模擬，通過試驗結果與模擬結果的對比，來檢驗所構建出沖擊液壓成形條件下管材的動態(tài)塑性本構關系的精度。
　　研究表明：
　?。?）本文提出的動態(tài)塑性本構關系，從應變速率角度研究沖擊載荷作用下金屬薄壁管準確的塑性本構關系。通過模擬結果與試驗結果對比，表明本文構建的動態(tài)塑性本構關系具有較高的精度。
　　（2）根據(jù)模擬結果的最大脹形高度與試驗的結果對比，可以定量地得出J-C本構

5、模型最大誤差范圍在7.43%以內，F(xiàn)-B本構模型最大誤差范圍在8.65%以內，表明J-C本構模型更適合描述管材沖擊液壓脹形時的塑性硬化關系。
　?。?）根據(jù)驗證結果，線型回歸法確定的本構模型誤差均大于遺傳算法確定的本構模型的誤差，表明遺傳算法具有穩(wěn)定且快速收斂的優(yōu)點，能夠在變量空間中找出包含最優(yōu)解和極值的單峰值區(qū)域并搜索最優(yōu)解，在擬合復雜目標函數(shù)時具有明顯優(yōu)勢。
　　（4）隨著沖擊速度的提高，仿真結果的誤差逐漸減小，表明本文