沖擊液壓載荷作用下管材動態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)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(shù)（THF），具有成本低、成形零件質(zhì)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(chǎn)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(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型復合成形技術(shù)，它利用壓力機上下模具閉合時的徑向壓管運動，使管材內(nèi)部液體自發(fā)產(chǎn)生內(nèi)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(gòu)關(guān)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(gòu)關(guān)系進行研究具有重要意義。
　　本文研究的主要內(nèi)容包括：
　?。?）分析本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)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(gòu)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(gòu)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(gòu)關(guān)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(gòu)關(guān)

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(jié)果與模擬結(jié)果的對比，來檢驗所構(gòu)建出沖擊液壓成形條件下管材的動態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系的精度。
　　研究表明：
　?。?）本文提出的動態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)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(gòu)關(guān)系。通過模擬結(jié)果與試驗結(jié)果對比，表明本文構(gòu)建的動態(tài)塑性本構(gòu)關(guān)系具有較高的精度。
　　（2）根據(jù)模擬結(jié)果的最大脹形高度與試驗的結(jié)果對比，可以定量地得出J-C本構(gòu)

5、模型最大誤差范圍在7.43%以內(nèi)，F(xiàn)-B本構(gòu)模型最大誤差范圍在8.65%以內(nèi)，表明J-C本構(gòu)模型更適合描述管材沖擊液壓脹形時的塑性硬化關(guān)系。
　?。?）根據(jù)驗證結(jié)果，線型回歸法確定的本構(gòu)模型誤差均大于遺傳算法確定的本構(gòu)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。
　?。?）隨著沖擊速度的提高，仿真結(jié)果的誤差逐漸減小，表明本文