平面应力下薄壁管材连续矫直压弯量力学模型与数值解法

薄壁管材在连续矫直过程中,各矫直辊组的压弯量作为核心工艺参数直接决定了薄壁管材的矫直精度。而目前现场仍沿用经验图表结合人工经验和反复试矫对其进行估定,亟待建立针对性的压弯量数学模型以指导生产。为此从薄壁管材的结构特点和矫直辊系组成出发,构建了针对压弯量计算的简化悬臂结构模型,基于相关假设和弹塑性相关理论,分别确定了平面应力状态下弹性区和弹塑性区管材横截面的弯矩模型,运用虚功原理建立了矫直辊压弯量力学模型,并给出了数值计算方法,完成了程序开发。经有限元动态仿真试验证明了模型的正确性和适用性,通过对典型管材数据的计算绘制了一系列工艺参数曲线,得到管材轴线弯曲半径和压弯量随管材直径、壁厚和屈服极限的变化关系,为现场压弯量的调整提供理论依据。     

圆柱壳纯弯曲时塑性失稳临界曲率半径模型

薄壁管材在等曲率矫直生产中,塑性失稳临界曲率半径作为重要的工艺参数,直接决定了设备结构和产品质量。而目前现场仍沿用经验图表结合人工经验和反复试矫对其进行估定,亟待建立针对性的临界曲率半径数学模型以指导生产。在力学建模和分析时,就是确定具有初始曲率的圆柱壳体在纯弯曲条件下塑性失稳的临界曲率半径,为此从旋转壳体一般几何方程出发,基于J2形变理论和能量理论,运用里茨法建立了圆柱壳体在纯弯曲条件下塑性失稳时的临界弯矩,以此确定了临界曲率半径模型,并给出了数值解法。应用ANSYS/LS-DYNA进行了有限元动态仿真试验,证明了模型是近似正确的,并通过仿真对比分析证明了轴向起皱先于截面畸变是圆柱壳体在纯弯曲条件下塑性失稳的主要模态。