本文關(guān)鍵詞：分布式位移加載拉伸成形中的缺陷研究及加載軌跡優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 拉伸成形 數(shù)值模擬 軌跡優(yōu)化 起皺 拉裂 變形均勻性 成形精度

【摘要】：制造業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的脊梁,其技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家綜合國(guó)力的重要標(biāo)志。在航空工業(yè)中,蒙皮件作為最常用的金屬板類(lèi)件,其主要加工方式是拉伸成形。近年來(lái),隨著消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品性能和個(gè)性化的追求,對(duì)成形件的表面質(zhì)量及精度要求不斷提高,迫切需要拉伸成形技術(shù)向高效、柔性化趨勢(shì)發(fā)展。而傳統(tǒng)的拉伸成形工藝采用整體夾鉗,在復(fù)雜形狀曲面成形過(guò)程中容易出現(xiàn)起皺、拉裂等缺陷,并且獲取成形件的變形均勻性較差,成形精度不高。分布式位移加載拉伸成形是一種新型的三維曲面件成形方法,將載荷施加于板料兩端的一系列加載點(diǎn)上,通過(guò)合理設(shè)計(jì)離散加載點(diǎn)的軌跡,使被夾持端板料可隨模具型面不斷變化,在過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度較小的情況下,獲取比較理想的成形結(jié)果,減小工藝余料。本文采用數(shù)值模擬方法,分別從板料起皺、拉裂、變形均勻性及成形精度等方面,對(duì)傳統(tǒng)拉伸成形以及分布式位移加載拉伸成形進(jìn)行對(duì)比分析,并對(duì)拉伸成形曲面精度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.分析了傳統(tǒng)拉伸成形和分布式位移加載拉伸成形的特點(diǎn)及板料的變形過(guò)程。采用ABAQUS軟件建立有限元模型,成形板的材料模型,并介紹了模擬中各部件之間的接觸設(shè)置,以及邊界處理。探討了傳統(tǒng)拉形中,不同過(guò)渡區(qū)長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)板料的貼模狀態(tài),表明增長(zhǎng)過(guò)渡區(qū)可使板料更好的與模具貼合。采用有限元模擬的方法,對(duì)兩種不同成形方法中,板料的起皺、拉裂缺陷進(jìn)行分析。得出傳統(tǒng)的拉伸成形中,由于剛性的夾持方式,板料容易出現(xiàn)應(yīng)力集中,產(chǎn)生拉裂,并且板料貼模困難區(qū)域容易產(chǎn)生起皺缺陷。分布式位移加載拉形中,加載點(diǎn)軌跡可單獨(dú)控制,當(dāng)設(shè)計(jì)不合理時(shí),會(huì)產(chǎn)生與傳統(tǒng)拉形同樣的缺陷,甚至獲得更差的成形效果。另外,對(duì)分布式位移加載成形曲面過(guò)程進(jìn)行分析,探討板料寬度對(duì)縱向應(yīng)變的影響,給出了加載軌跡設(shè)計(jì)的依據(jù)。對(duì)于任意目標(biāo)曲面給出各離散點(diǎn)加載位移量的解析表達(dá)式。為對(duì)比傳統(tǒng)拉伸成形方法與分布式位移加載拉伸成形方法及不同加載軌跡,對(duì)應(yīng)的板料拉裂、起皺、變形均勻性以及II成形精度,分別設(shè)計(jì)了四種不同的加載模式。2.對(duì)拉伸板料分散性和集中性失穩(wěn)理論進(jìn)行探討,并給出不同條件下,產(chǎn)生拉伸失穩(wěn)時(shí)的應(yīng)變。研究了板料厚向異性對(duì)拉伸變形穩(wěn)定性的影響,并給出塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及產(chǎn)生失穩(wěn)時(shí)的應(yīng)變,最終得到理論計(jì)算的成形極限圖�；趯�(duì)板料成形性能的數(shù)值模擬研究,給出通過(guò)模擬獲得的成形極限圖。對(duì)板料變形中的破裂過(guò)程進(jìn)行研究,確定成形件的破裂危險(xiǎn)區(qū)域。提取不同成形方法獲取曲面件,破裂危險(xiǎn)區(qū)的應(yīng)變,分析距離破裂的安全裕度。結(jié)果表明,采用分布式位移加載拉形中的最小伸長(zhǎng)量以及變位移加載模式,可以有效的抑制拉裂缺陷的產(chǎn)生,體現(xiàn)出比傳統(tǒng)加載模式和等伸長(zhǎng)量加載模式更好的成形性能。另外,對(duì)比了采用同種加載模式成形不同曲率曲面時(shí),板料的拉裂趨勢(shì),表明曲率越大板料拉裂的概率相對(duì)較大。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,需要選擇合適的加載軌跡,有效的避免拉裂缺陷。3.對(duì)板料壓縮失穩(wěn)理論進(jìn)行研究,給出產(chǎn)生起皺缺陷的判別條件。以正高斯曲率曲面和負(fù)高斯曲率曲面為例,對(duì)傳統(tǒng)拉伸成形以及分布式位移加載拉伸成形中,板料的貼模過(guò)程進(jìn)行對(duì)比分析。分別對(duì)不同的拉伸成形方法獲取的球形及鞍形件的起皺過(guò)程及橫向壓應(yīng)力分布進(jìn)行研究,最終得出:分布式位移加載拉伸成形中,可通過(guò)合理設(shè)計(jì)加載軌跡,控制板料的變形過(guò)程,減小橫向壓應(yīng)力,避免產(chǎn)生壓縮失穩(wěn),從而達(dá)到抑制起皺缺陷產(chǎn)生的作用。4.基于對(duì)四種不同加載軌跡成形板料變形均勻性以及成形精度的數(shù)值模擬研究,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)加載模式成形曲面變形均勻性較差,成形誤差大;采用變位移加載模式成形板料變形均勻性以及成形精度較好。對(duì)不同離散加載點(diǎn)數(shù)量成形的鞍形件以及球形件的變形均勻性進(jìn)行探討,表明離散加載點(diǎn)數(shù)量越多,板料的變形越均勻。以板料變形均勻性及成形精度為考察指標(biāo),采用正交試驗(yàn)的方法對(duì)加載軌跡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的正確性。5.具體介紹了三維曲面測(cè)量設(shè)備,給出了曲面測(cè)量的具體流程,并分析曲面測(cè)量過(guò)程中需注意的問(wèn)題。采用變位移加載模式,成形了不同種類(lèi)的曲面件,實(shí)驗(yàn)件表面均比較光滑,沒(méi)有產(chǎn)生起皺缺陷。利用便攜式三維測(cè)量?jī)x對(duì)實(shí)驗(yàn)件形狀進(jìn)行掃描,并進(jìn)行誤差分析。結(jié)果表明,在分布式位移加載拉形中,當(dāng)加載軌跡設(shè)計(jì)比較合理時(shí),成形不同曲面時(shí)均可表現(xiàn)出較高的精度,驗(yàn)證了該成形方法的穩(wěn)定性及可靠性。
【關(guān)鍵詞】：拉伸成形 數(shù)值模擬 軌跡優(yōu)化 起皺 拉裂 變形均勻性 成形精度
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V261
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 研究背景13-14
• 1.2 基于離散化方式成形三維曲面的研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 多點(diǎn)成形14
• 1.2.2 基于成形工具離散化的曲面輥彎成形14-17
• 1.2.3 基于多點(diǎn)控制可彎輥的曲面連續(xù)輥壓成形17-18
• 1.3 三維曲面拉伸成形技術(shù)研究現(xiàn)狀18-26
• 1.3.1 傳統(tǒng)拉伸成形18-20
• 1.3.2 拉伸成形工具離散化的研究20-25
• 1.3.3 分布式位移加載拉伸成形25-26
• 1.4 選題意義及主要的研究?jī)?nèi)容26-28
• 1.4.1 選題意義26-27
• 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容27-28
• 1.5 小結(jié)28-29
• 第二章 拉伸成形缺陷及加載軌跡設(shè)計(jì)29-51
• 2.1 引言29
• 2.2 傳統(tǒng)拉形工藝29-30
• 2.3 分布式位移加載拉伸成形30-31
• 2.4 拉伸成形工藝有限元模型31-35
• 2.4.1 有限元模型建立31-32
• 2.4.2 板料的材料模型32-33
• 2.4.3 接觸及邊界處理33-35
• 2.5 拉伸成形中的主要問(wèn)題35-42
• 2.5.1 成形誤差35-37
• 2.5.2 拉伸成形中的起皺37-39
• 2.5.3 拉伸成形中的開(kāi)裂39-42
• 2.6 加載軌跡設(shè)計(jì)42-45
• 2.7 四種典型的位移加載模式45-49
• 2.7.1 傳統(tǒng)的加載模式(LT-1)46-47
• 2.7.2 等伸長(zhǎng)量加載模式(LT-2)47
• 2.7.3 最小伸長(zhǎng)量加載模式(LT-3)47-48
• 2.7.4 變位移加載模式(LT-4)48-49
• 2.8 小結(jié)49-51
• 第三章 拉伸成形中的開(kāi)裂及加載模式的影響51-71
• 3.1 引言51
• 3.2 板料塑性變形失穩(wěn)理論51-56
• 3.2.1 分散性失穩(wěn)理論51-54
• 3.2.2 集中性失穩(wěn)理論54-55
• 3.2.3 厚向異性對(duì)拉伸變形穩(wěn)定性的影響55-56
• 3.3 板料成形性能的獲取56-61
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)材料參數(shù)57
• 3.3.2 杯突試驗(yàn)仿真模型57-58
• 3.3.3 成形極限曲線(xiàn)獲取方案58-59
• 3.3.4 成形極限圖59-61
• 3.4 材料損傷及開(kāi)裂失效模型61-63
• 3.5 不同加載軌跡拉伸成形中的開(kāi)裂缺陷分析63-69
• 3.5.1 成形曲面破裂過(guò)程及位置63-66
• 3.5.2 不同加載模式下的拉伸成形性66-67
• 3.5.3 不同曲率曲面產(chǎn)生拉裂的趨勢(shì)分析67-69
• 3.6 小結(jié)69-71
• 第四章 拉伸成形中的起皺及加載模式的影響71-87
• 4.1 引言71
• 4.2 失穩(wěn)起皺的產(chǎn)生及臨界判別條件71-72
• 4.3 傳統(tǒng)拉形與分布式位移加載拉形中曲面貼模的對(duì)比分析72-75
• 4.3.1 傳統(tǒng)拉伸成形貼模過(guò)程73-74
• 4.3.2 分布式位移加載拉伸成形貼模過(guò)程74-75
• 4.4 不同加載軌跡拉形中的起皺分析75-82
• 4.4.1 兩種典型的曲面及有限元模型75-77
• 4.4.2 球形件起皺過(guò)程77-80
• 4.4.3 鞍形件起皺過(guò)程80-82
• 4.5 不同加載軌跡成形板料橫向壓應(yīng)力分析82-85
• 4.5.1 球形件橫向壓應(yīng)力分布82-84
• 4.5.2 鞍形件橫向壓應(yīng)力分布84-85
• 4.6 小結(jié)85-87
• 第五章 分布式位移加載拉伸成形中的變形均勻性87-99
• 5.1 引言87
• 5.2 加載軌跡對(duì)變形均勻性的影響87-93
• 5.2.1 縱向應(yīng)變分布88-90
• 5.2.2 縱向應(yīng)力分布90-91
• 5.2.3 厚度分布91-93
• 5.3 加載軌跡對(duì)成形精度的影響93-94
• 5.4 離散加載點(diǎn)數(shù)量對(duì)變形均勻性的影響94-97
• 5.5 小結(jié)97-99
• 第六章 基于正交試驗(yàn)方法的加載軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)99-111
• 6.1 引言99
• 6.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)99-100
• 6.3 決定加載軌跡的主要因素100
• 6.4 正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)100-102
• 6.4.1 試驗(yàn)因素水平確定101
• 6.4.2 考察指標(biāo)101
• 6.4.3 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)101-102
• 6.5 試驗(yàn)結(jié)果及優(yōu)化分析102-109
• 6.5.1 應(yīng)變變化趨勢(shì)分析102-103
• 6.5.2 厚度減薄量對(duì)比分析103-104
• 6.5.3 成形誤差分析104-106
• 6.5.4 最優(yōu)結(jié)果驗(yàn)證106-109
• 6.6 小結(jié)109-111
• 第七章 拉伸成形實(shí)驗(yàn)件的曲面測(cè)量111-123
• 7.1 引言111
• 7.2 拉伸成形實(shí)驗(yàn)111-112
• 7.2.1 拉伸成形過(guò)程111
• 7.2.2 成形實(shí)驗(yàn)件111-112
• 7.3 曲面測(cè)量實(shí)驗(yàn)112-117
• 7.3.1 曲面測(cè)量設(shè)備112-113
• 7.3.2 動(dòng)態(tài)自動(dòng)校準(zhǔn)過(guò)程113-115
• 7.3.3 曲面掃描過(guò)程115-117
• 7.4 實(shí)驗(yàn)件誤差分析117-121
• 7.4.1 成形曲面誤差分布117-119
• 7.4.2 實(shí)驗(yàn)件截面誤差119-121
• 7.5 小結(jié)121-123
• 第八章 結(jié)論123-125
• 參考文獻(xiàn)125-139
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文及主要成果139-141
• 致謝141

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張彥敏;周賢賓;羅紅宇;李小強(qiáng);;雙曲度飛機(jī)蒙皮拉伸成形軌跡優(yōu)化與驗(yàn)證[J];中國(guó)機(jī)械工程;2006年19期

2 尹躍進(jìn);異形零件的一次拉伸成形[J];模具工業(yè);1996年04期

3 張勝杰;微電機(jī)殼體拉伸成形工藝[J];模具工業(yè);1998年07期

4 白忠喜,陳啟松;橢圓截面高壓密封圈的輥模拉伸成形方法[J];潤(rùn)滑與密封;2003年04期

5 盧小鵬;異形零件的拉伸成形工藝及模具[J];模具工業(yè);1997年06期

6 馬世忠;陳小春;;電機(jī)端蓋拉伸成形工藝及模具[J];電工技術(shù);2008年08期

7 楊建華,錢(qián)文紅,楊世明;散熱器上水池拉伸成形工藝及模具[J];模具工業(yè);2003年04期

8 邊彬輝;尹高喜;黎烘華;;三維高拉伸成形薄膜側(cè)切工藝開(kāi)發(fā)[J];模具制造;2012年01期

9 丁震坦;;制件拉伸成形產(chǎn)生皺折的原因及其解決措施的探討[J];汽車(chē)工藝;1989年06期

10 張永君;;不銹鋼咖啡煲杯嘴的側(cè)向無(wú)壓邊拉伸成形工藝及模具設(shè)計(jì)[J];模具制造;2010年02期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 楊振;分布式位移加載拉伸成形中的缺陷研究及加載軌跡優(yōu)化[D];吉林大學(xué);2016年

2 王友;高柔性拉伸成形工藝及其數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2015年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 甄嬌嬌;曲面板材滾壓拉伸成形工藝及數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2014年

2 朱必章;柔性壓輥拉伸成形曲面件的數(shù)值模擬與研究[D];吉林大學(xué);2012年

3 邊傳景;表面微溝槽板材三維曲面拉伸成形數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2015年

，

本文編號(hào)：996978