铝合金管材压弯过程数值模拟研究

论文摘要

首先介绍了铝及铝合金的基本性能、特点、分类及其应用;再对型材弯曲的主要方法及弯曲过程中产生的主要缺陷进行了概述;接着对有限元分析方法和软件ANSYS/LS-DYNA进行了介绍。通过实验得出了材料的条件应力——应变曲线,再计算得出了材料的真实应力——应变曲线,在建立材料力学性能本构时,对塑性变形阶段分别采用了直线和幂函数进行拟合,建立了两种本构方程,并进行了对比。然后用大型通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对铝合金管材不同工况进行压弯模拟,并对有限元模拟中的几何模型、材料模型、单元特性、接触、约束、载荷的设定、回弹计算进行了描述。模拟得到了实验力——位移曲线、不同压弯量下的回弹角、截面畸变及残余应力,最后通过实验对模拟的压弯力、回弹、截面畸变三方面进行了验证。三方面的验证结果表明模拟比较真实的反映了实验情况,证明所建立的材料本构方程和有限元模型是有效的。四种工况中,实验力——位移曲线关系均成两个阶段,第一阶段均为直线,当型材扁平放置时,第二阶段实验力开始小幅上升,然后逐渐下降,但上升和下降的幅度均很小;当型材竖直放置时,第二阶段的实验力随着压头压下量的变大而逐渐变大。回弹角随着压头压下量的变化而变化,但变化的程度较小,基本可以忽略不计。但从变化的数值上来看,变化的趋势与压头半径有关。当压头半径为15mm时,回弹角随压头压下量的增加而略微变小:当压头半径为60mm时,回弹角随压头压下量的增加而略微变大。随着压头的不断下压,四种工况下型材的截面变形程度加剧。通过模拟的四种工况说明型材放置方式和压头半径大小影响着最大残余应力的大小和分布位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 铝的基本性能及铝合金的特点
• 1.2.1 铝的基本性能
• 1.2.2 铝合金的特点
• 1.3 铝合金分类及表示方法
• 1.3.1 铝合金分类
• 1.3.2 铝合金牌号表示方法
• 1.4 铝合金的应用
• 1.5 型材弯曲概述
• 1.6 型材弯曲方法
• 1.6.1 压弯
• 1.6.2 拉弯
• 1.6.3 绕弯
• 1.6.4 滚弯
• 1.6.5 无模弯曲
• 1.6.6 激光弯曲
• 1.7 弯曲过程易产生的缺陷
• 1.7.1 回弹
• 1.7.2 起皱
• 1.7.3 破裂
• 1.7.4 截面畸变
• 1.8 本文研究内容
• 第2章 有限元法及软件概述
• 2.1 有限元法原理
• 2.2 有限元技术发展概述
• 2.3 ANSYS/LS-DYNA简介
• 2.4 课题研究方法
• 第3章 建立材料本构方程
• 3.1 引言
• 3.2 试样的形状与尺寸
• 3.3 条件应力-应变曲线
• 3.4 真实应力-应变曲线
• 3.5 材料力学性能本构方程的建立
• 第4章 铝合金管材压弯过程数值模拟及实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 有限元模型
• 4.2.1 几何模型
• 4.2.2 材料模型
• 4.2.3 单元特性
• 4.2.4 网格划分
• 4.2.5 接触、约束以及载荷的设定
• 4.2.6 回弹计算
• 4.3 模拟与实验结果对比分析
• 4.3.1 工况I下模拟与实验结果对比
• 4.3.2 工况II下模拟与实验结果对比
• 4.3.3 工况III下模拟与实验结果对比
• 4.3.4 工况IV下模拟与实验结果对比
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的论学术论文目录