CN108460187A - 一种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法 - Google Patents

一种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法。针对需要进行回弹预测的弯管件，施加压边力到弯管件，弯曲后卸载使其回弹；改变压边力进行测试获得薄壁管件弯曲回弹成形极限模型；将弯管件平均分段为各个离散段，构建薄壁管件临界压边力回弹预测模型进行薄壁管件的回弹预测。本发明方法实现了大弯角变压边力多点分区回弹精准预测，解决了薄壁管件大弯角局部延伸率突变、应力应变收缩率不均导致回弹预测困难的问题。

Description

一种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法
技术领域
本发明涉及了一种弯管成形装备回弹预测方法，尤其是涉及了一种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法，解决了复杂薄壁管件大弯角局部延伸率突变、应力应变收缩率不均导致回弹预测困难的问题。
背景技术
针对薄壁管件大弯角回弹预测问题，目前的方法主要是通过有限元软件进行预测和优化，或者结合一些智能算法，如BP神经网络等，进行回弹预测。但由于很多复杂薄壁管件的质量和精度要求较高，同时复杂薄壁管件大弯角局部延伸率突变、应力应变收缩率不均导致回弹预测十分困难，现有的回弹预测方法难以保证复杂薄壁管件的预测精度，从而难以适应这种复杂薄壁管件的较高精度的回弹预测。为了寻求复杂薄壁管件大弯角回弹的有效预测，得到合格的弯管成形装备，需要一种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法。
发明内容
为解决复杂薄壁管件大弯角局部延伸率突变、应力应变收缩率不均导致回弹预测困难的问题，本发明提出了一种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法，构建了薄壁管件临界压边力回弹预测模型，分析了变压边力条件下管件多点分区各单元应变路径的成形极限，构建大弯角薄壁管件变压边力回弹预测模型，实现了大弯角变压边力多点分区回弹精准预测技术的突破。
本发明采用的技术方案是包括以下步骤：
步骤1：针对需要进行回弹预测的弯管件，施加压边力到弯管件，弯曲后卸载使其回弹；所述的弯管件为大弯角弯曲成形的薄壁管件。
步骤2：重复进行步骤1改变压边力进行测试获得薄壁管件弯曲回弹成形极限模型；
步骤3：将弯管件平均分段为各个离散段，仅针对弯管件的弯曲段进行处理，构建薄壁管件临界压边力回弹预测模型进行薄壁管件的回弹预测。
所述的大弯角是指管件弯曲的圆心角大于90°。
所述的薄壁管件是指径厚比大于50的管件。
所述步骤2具体为：
步骤2.1：设定压边力初始值，随时间变化改变压边力的数值大小，获得不同压边力下的应变，进而得到随时间变化压边力条件下的应变曲线；
步骤2.2：设定压边力初始值，随位置变化改变压边力的数值大小，获得不同位置不同压边力下的应变，进而得到随位置变化压边力条件下的应变曲线；
步骤2.3：根据步骤2及步骤3所得到的随时间和位置变化压边力条件下的两条应变曲线，建立薄壁管件弯曲回弹成形极限模型，获得临界压边力条件下弯管件的弯管切向应力。
所述步骤2.3中，具体通过dynaform软件里面的弯管专用模块生成弯曲回弹成型极限图，以弯曲回弹成型极限图作为薄壁管件弯曲回弹成形极限模型，弯曲回弹成型极限图包含有临界压边力条件下弯管件的弯管切向应力。其中包含弯管件每个离散段的弯管切向应力σs0。
所述的薄壁管件临界压边力回弹预测模型包括临界压边力条件下塑形弯曲力矩回弹角和弹性弯曲力矩回弹角。
所述的步骤3具体为：
步骤3.1：针对每个离散段计算临界压边力条件下的塑形弯曲力矩回弹角和弹性弯曲力矩回弹角；
步骤3.2：对各个离散段的离散段弯曲回弹角(即塑形弯曲力矩回弹角和弹性弯曲力矩回弹角)建立管件空间离散回弹角修正模型进行拼接修正计算总回弹角，完成薄壁管件的回弹预测。
所述步骤3具体步骤为：
(1)计算塑性弯曲力矩回弹角，公式如下：
其中，△θp为塑性弯曲力矩回弹角，Mp为塑性弯曲力矩，E为弹性模量，ρ0为离散段原始应变中性层曲率半径，θ为离散段弯曲内角，α为中性层位移角， F为弯管线性强化系数，D为弯管外径，R为离散段应变层曲率半径，t为弯曲后管壁厚度，σs0为离散段的切向应力；
(2)计算弹性弯曲力矩回弹角，公式如下：
其中，△θe为弹性弯曲力矩回弹角，Me为弹性弯曲力矩，ρ为离散段应变中性层曲率半径，β为弯管横截面夹角，d为弯管内径，I为惯性矩；
(3)建立管件空间离散回弹角修正模型计算总回弹角，公式如下：
其中，△θ为总回弹角，w为修正函数，n为离散段的总数；
上述修正函数w采用以下公式计算：
其中，ki为弯管离散段的弯曲曲率，τi为弯管轴线各离散段初始端点处挠率，初始端点是指各段轴线沿弯曲方向的初始起点，li为弯管各离散段的轴线长，i 表示离散段的序数，n表示离散段的总数，a为调节因子，具体实施中a取1。
本发明的有益效果是：
本发明构建了薄壁管件临界压边力回弹预测模型，分析了变压边力条件下管件多点分区各单元应变路径的成形极限，构建了大弯角薄壁管件变压边力回弹预测模型，实现了大弯角变压边力多点分区回弹精准预测。
使用本发明提出的方法，能解决复杂薄壁管件大弯角局部延伸率突变、应力应变收缩率不均导致回弹预测困难的问题。
附图说明
图1为实施例的弯管件分段示意图。
图2为实施例的预测结果与实际弯曲3D偏差分布图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
按照本发明方法实施的实施例及其具体实施过程如下：
步骤1：针对需要进行回弹预测的弯管件，施加压边力到弯管件，弯曲后卸载使其回弹；
步骤2：设定压边力初始值，随时间变化改变压边力的数值大小，获得不同压边力下的应变，即变形量的相对变化，具体为绝对变形量除以原变形量，进而得到随时间变化压边力条件下的应变曲线；
步骤3：设定压边力初始值，随位置变化改变压边力的数值大小，获得不同位置不同压边力下的应变，进而得到随位置变化压边力条件下的应变曲线；
步骤4：根据步骤2及步骤3所得到的随时间和位置变化压边力条件下的两条应变曲线，通过dynaform软件里面的弯管专用模块生成弯曲回弹成型极限图，以弯曲回弹成型极限图作为薄壁管件弯曲回弹成形极限模型，弯曲回弹成型极限图包含有临界压边力条件下弯管件的弯管切向应力。
步骤5：将弯管件平均分段为各个离散段，仅针对弯管件的弯曲段进行处理，针对每个离散段计算临界压边力条件下的塑形弯曲力矩回弹角和弹性弯曲力矩回弹角，对所有离散段计算总回弹角。
(1)针对每个离散段，计算临界压边力条件下的塑性弯曲力矩回弹角，公式如下：
其中的离散段的切向应力σs0是从弯曲回弹成型极限图所包含的临界压边力条件下弯管件的弯管切向应力中提取得到。
(2)针对每个离散段，计算临界压边力条件下的弹性弯曲力矩回弹角，公式如下：
(3)对各个离散段的离散段弯曲回弹角(即塑形弯曲力矩回弹角和弹性弯曲力矩回弹角)建立管件空间离散回弹角修正模型进行拼接修正计算总回弹角△θ，公式如下：
上述修正函数w采用以下公式计算：
具体实施中调节因子a取1。
本实施例具体是将大直径薄壁管材50mm×1.5mm×105mm(外径×壁厚×弯曲半径)进行弯曲回弹试验，其弯曲段长度为161mm。
图1为实施例的弯曲管件分段示意图，如图1所示，对实施例中薄壁管材的弯曲段分为6段，对应弯管轴线曲线l1至l6，对于不同的管材离散段，根据成形极限模型及回弹角计算公式计算临界压边力条件下的回弹角，最后进行总体回弹角的修正计算。
将本实施例的回弹实验结果与实际测量结果进行对比分析，其中修正函数 w＝0.55。解析模型回弹预测弯管与实际弯曲回弹弯管外形3D偏差最大临界值为4.63mm，最小临界值为-0.42mm，标准偏差为1.28mm，即最大偏差精度为 28.76mm/m。
实施例中计算预测回弹结果与实际回弹的偏差分布如图2所示，图2中可见横坐标为误差数值大小，纵坐标为弯管回弹误差所占百分比，其中误差主要分布于0-0.59mm区间段内。

Claims (7)

1.一种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：针对需要进行回弹预测的弯管件，施加压边力到弯管件，弯曲后卸载使其回弹；
步骤2：重复进行步骤1改变压边力进行测试获得薄壁管件弯曲回弹成形极限模型；
步骤3：将弯管件平均分段为各个离散段，构建薄壁管件临界压边力回弹预测模型进行薄壁管件的回弹预测。
2.根据权利要求1所述的种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法，其特征在于：所述的大弯角是指管件弯曲的圆心角大于90°。
3.根据权利要求1所述的种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法，其特征在于：所述步骤2具体为：
步骤2.1：设定压边力初始值，随时间变化改变压边力的数值大小，获得不同压边力下的应变，进而得到随时间变化压边力条件下的应变曲线；
步骤2.2：设定压边力初始值，随位置变化改变压边力的数值大小，获得不同位置不同压边力下的应变，进而得到随位置变化压边力条件下的应变曲线；
步骤2.3：根据步骤2及步骤3所得到的随时间和位置变化压边力条件下的两条应变曲线，建立薄壁管件弯曲回弹成形极限模型，获得临界压边力条件下弯管件的弯管切向应力。
4.根据权利要求3所述的种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法，其特征在于：所述步骤2.3中，具体通过dynaform软件里面的弯管专用模块生成弯曲回弹成型极限图，以弯曲回弹成型极限图作为薄壁管件弯曲回弹成形极限模型，弯曲回弹成型极限图包含有临界压边力条件下弯管件的弯管切向应力。
5.根据权利要求1所述的种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法，其特征在于：所述的薄壁管件临界压边力回弹预测模型包括临界压边力条件下塑形弯曲力矩回弹角和弹性弯曲力矩回弹角。
6.根据权利要求1所述的种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法，其特征在于：所述的步骤3具体为：
步骤3.1：针对每个离散段计算临界压边力条件下的塑形弯曲力矩回弹角和弹性弯曲力矩回弹角；
步骤3.2：对各个离散段的离散段弯曲回弹角(即塑形弯曲力矩回弹角和弹性弯曲力矩回弹角)建立管件空间离散回弹角修正模型进行拼接修正计算总回弹角，完成薄壁管件的回弹预测。
7.根据权利要求1或6所述的种大弯角弯曲成形的薄壁管件变压边力回弹精准预测方法，其特征在于：
所述步骤3具体步骤为：
(1)计算塑性弯曲力矩回弹角，公式如下：
其中，△θp为塑性弯曲力矩回弹角，Mp为塑性弯曲力矩，E为弹性模量，ρ0为离散段原始应变中性层曲率半径，θ为离散段弯曲内角，α为中性层位移角，F为弯管线性强化系数，D为弯管外径，R为离散段应变层曲率半径，t为弯曲后管壁厚度，σs0为离散段的切向应力；
(2)计算弹性弯曲力矩回弹角，公式如下：
其中，△θe为弹性弯曲力矩回弹角，Me为弹性弯曲力矩，ρ为离散段应变中性层曲率半径，β为弯管横截面夹角，d为弯管内径，I为惯性矩；
(3)建立管件空间离散回弹角修正模型计算总回弹角，公式如下：
其中，△θ为总回弹角，w为修正函数，n为离散段的总数；
上述修正函数w采用以下公式计算：
其中，ki为弯管离散段的弯曲曲率，τi为弯管轴线各离散段初始端点处挠率，初始端点是指各段轴线沿弯曲方向的初始起点，li为弯管各离散段的轴线长，i表示离散段的序数，n表示离散段的总数，a为调节因子。
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