弧形圓管構(gòu)件壓彎成形過程中精度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及弧形圓管構(gòu)件，尤其涉及弧形圓管構(gòu)件壓彎。根據(jù)弧形圓管構(gòu)件的冷彎成形工藝特點(diǎn)，抽象成形過程的數(shù)值分析模型。實(shí)施加載成形模擬，分析圓管構(gòu)件在變形過程中與加載弧板以及與反力架間接觸加強(qiáng)作用，得到任意成形時(shí)刻的圓管構(gòu)件的塑性變形、應(yīng)力與應(yīng)變。實(shí)施卸載回彈模擬，分析已變形的圓管構(gòu)件在卸載過程中與加載弧板以及反力架間的接觸分離，得到任意卸載時(shí)刻的圓管構(gòu)件的變形狀態(tài)，以及最終的殘余應(yīng)力與應(yīng)變。本發(fā)明可用于預(yù)測弧形構(gòu)件的成形荷載與殘余變形的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)成形精度控制，可為構(gòu)件承載力計(jì)算提供參考依據(jù)。
【專利說明】弧形圓管構(gòu)件壓彎成形過程中精度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及弧形圓管構(gòu)件，尤其涉及弧形圓管構(gòu)件壓彎。
【背景技術(shù)】
[0002]目前弧形鋼管構(gòu)件通過壓機(jī)三點(diǎn)冷壓彎曲，冷壓彎曲下壓力大，強(qiáng)大的下壓力極易在彎管時(shí)造成鋼管內(nèi)弧起趨，以及直徑方向壓扁畸變，彎管弧形質(zhì)量不夠理想。對(duì)于大長度鋼管壓彎，通過壓彎一段，松開模具移動(dòng)鋼管后再壓，使鋼管軸向逐步移動(dòng)壓彎，對(duì)壓彎弧度邊壓彎邊用樣板檢測彎曲部位，反復(fù)壓彎直至滿足質(zhì)量要求。如果壓彎過渡，需要松開模具，將鋼管翻轉(zhuǎn)下壓修正。
[0003]由此可見，目前弧形構(gòu)件在冷彎成形過程完全基于操作工人的經(jīng)驗(yàn)，需要重復(fù)壓彎修整或在彎曲量太大時(shí)翻身回壓等反復(fù)操作方可達(dá)到最低的設(shè)計(jì)要求，其成形精度無法控制，成形質(zhì)量也難有保障。而這些問題歸因于弧形鋼管構(gòu)件的冷彎加工過程的復(fù)雜性，至今業(yè)界對(duì)成形過程的變形規(guī)律以及冷彎成形對(duì)構(gòu)件承載力造成的影響還缺乏明確的認(rèn)識(shí)，亦無有效的弧形圓管構(gòu)件的成形過程研究方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在解決上述缺陷，提供一種弧形圓管構(gòu)件壓彎成形過程中精度控制方法。本發(fā)明可用于預(yù)測弧形構(gòu)件的成形荷載與殘余變形的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)成形精度控制，可為構(gòu)件承載力計(jì)算提供參考依據(jù)。
[0005]本發(fā)明實(shí)施例基于所述的弧形圓管構(gòu)件的加載彎曲成形和卸載回彈全過程模擬實(shí)現(xiàn)成形精度控制，按照成形系統(tǒng)的荷載與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立合適的數(shù)值分析模型，并開展直線圓管構(gòu)件的加載階段成形模擬，得到加載階段的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)，此后，撤除變形圓管構(gòu)件上的加載弧板模擬構(gòu)件的自由回彈，得到卸載階段的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)，綜合加載階段及卸載階段的影響，得到最終的弧形圓管構(gòu)件的殘余應(yīng)力及殘余變形。本發(fā)明所述成形過程分析方法可用于預(yù)測弧形構(gòu)件的成形荷載與殘余變形的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)成形精度控制，可為構(gòu)件承載力計(jì)算提供參考依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明:
圖1為弧形圓管構(gòu)件成形過程分析的流程圖；
圖2為實(shí)際成形裝置示意圖；
圖3為成形裝置的力學(xué)模型；
圖4為成形加載示意圖；
圖5為成形卸載示意圖；
圖6為成形結(jié)束后的殘余應(yīng)力狀態(tài)不意圖。
[0007]標(biāo)記說明 11為直線圓管構(gòu)件，12為反力架，13為加載油缸，14為加載弧形板，15為加載油缸與弧形板間的聯(lián)接裝置。
[0008]21為加載后的變形圓管構(gòu)件，31為卸載后的弧形圓管構(gòu)件。
[0009]2S為反力架間距。
【具體實(shí)施方式】
[0010]請(qǐng)參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種弧形圓管構(gòu)件壓彎成形過程中精度控制方法，如圖1所示，包括:
步驟101根據(jù)弧形圓管構(gòu)件的冷彎成形工藝特點(diǎn)，抽象成形過程的數(shù)值分析模型。
[0011]一種常見的壓彎成形的弧形圓管的裝置見圖2，包括圓管構(gòu)件11，反力架12，加載油缸13，加載弧形板14，弧形板與油缸間的聯(lián)接裝置15。
[0012]因成形過程涉及材料、幾何及狀態(tài)非線性問題，其過程求解計(jì)算資源消耗嚴(yán)重，為提高分析效率，利用結(jié)構(gòu)與荷載的對(duì)稱性，根據(jù)成形裝置(含12、13、14、15)及成形圓管構(gòu)件11的幾何特征，僅取系統(tǒng)的1/4對(duì)稱模型為分析對(duì)象。
[0013]因反力架12為固定裝置，故反力架12的弧形凸面一側(cè)節(jié)點(diǎn)的所有自由度均約束，模擬該固定裝置。
[0014]相比于圓管構(gòu)件11剛度,反力架12具有很強(qiáng)的剛性，故反力架12凹面一側(cè)與圓管構(gòu)件11外側(cè)相應(yīng)的區(qū)域應(yīng)為接觸目標(biāo)區(qū)域，與此相應(yīng)的圓管構(gòu)件11區(qū)域亦應(yīng)為可能接觸區(qū)域。
[0015]相比于圓管構(gòu)件11剛度，加載弧板14具有很強(qiáng)的剛性，故加載弧形板14凸面一側(cè)與圓管構(gòu)件11外側(cè)相應(yīng)的區(qū)域應(yīng)為接觸目標(biāo)區(qū)域，與此相應(yīng)的圓管構(gòu)件11區(qū)域亦應(yīng)為可能接觸區(qū)域。
[0016]相比于圓管構(gòu)件11剛度，加載弧板14與油缸間的聯(lián)接裝置15具有很強(qiáng)的剛性，故加載弧板14可視為剛體作用于圓管上，應(yīng)耦合加載弧板14所有節(jié)點(diǎn)的所有自由度模擬剛體模具。
[0017]設(shè)定各成形裝置(含12、14)和圓管構(gòu)件11的材料模型，以及成形裝置(含12、14)與圓管構(gòu)件11間的摩擦系數(shù)，以模擬成形過程中成形裝置(含12、14)與圓管構(gòu)件11之間的真實(shí)作用過程。
[0018]步驟102加載階段的成形模擬，根據(jù)加載弧板與圓管構(gòu)件間相互作用變化的特點(diǎn)，假定初始可能的接觸區(qū)域，模擬成形過程中加載弧板、反力架與圓管間接觸狀態(tài)(接觸區(qū)域、接觸力)的加強(qiáng)過程，得到加載結(jié)束后圓管產(chǎn)生的塑性變形及其應(yīng)力應(yīng)變。
[0019]根據(jù)成形設(shè)計(jì)曲線的需要設(shè)置加載弧形板14的加載位移，其他方向自由度均不約束，加載成形示意如圖3所示。
[0020]直線圓管構(gòu)件11從初始形狀在加載弧形板14的作用下，發(fā)生塑性變形成為變形圓管構(gòu)件21。
[0021]加載成形分析，獲得加載結(jié)束后圓管構(gòu)件11的內(nèi)力與變形狀態(tài)?？紤]到圓管構(gòu)件卸載后的回彈影響，加載階段的位移荷載會(huì)超出設(shè)計(jì)需要的變形失高?；⌒伟?4加載區(qū)域圓管構(gòu)件11截面進(jìn)入塑性狀態(tài)，應(yīng)力水平較高。
[0022]步驟103卸載階段成形模擬，基于加載階段結(jié)束后的內(nèi)力狀態(tài)，將其作為卸載階段的初始狀態(tài)，卸除加載裝置，模擬變形圓管的自由回彈，模擬卸載過程中加載弧板、反力架與圓管間接觸狀態(tài)(接觸區(qū)域、接觸力)的分離過程，得到最終的圓管成形曲線以及圓管的殘余應(yīng)力與應(yīng)變，以及獲得最終成形曲線時(shí)所需的成形荷載。
[0023]獲得變形圓管構(gòu)件21在加載成形結(jié)束后的內(nèi)力及變形狀態(tài)。
[0024]卸載階段加載弧板14立即撤除，故選擇加載弧板14與圓管構(gòu)件11間的接觸單元，殺死該類單元，模擬變形圓管構(gòu)件21的自由回彈，反映變形圓管構(gòu)件21與反力架12間的分離過程，回彈模擬如圖5所示。
[0025]獲得卸載后的弧形圓管構(gòu)件31，其殘余應(yīng)力狀態(tài)如圖6所示。
[0026]根據(jù)構(gòu)件的殘余變形與成形荷載的計(jì)算結(jié)果，預(yù)測弧形圓管構(gòu)件的冷彎成形規(guī)律，實(shí)現(xiàn)成形精度控制。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例基于所述的弧形圓管構(gòu)件的加載彎曲成形和卸載回彈全過程模擬實(shí)現(xiàn)成形精度控制，按照成形系統(tǒng)的荷載與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立合適的數(shù)值分析模型，并開展直線圓管構(gòu)件的加載階段成形模擬，得到加載階段的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)，此后，撤除變形圓管構(gòu)件上的加載弧板模擬構(gòu)件的自由回彈，得到卸載階段的應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)，綜合加載階段及卸載階段的影響，得到最終的弧形圓管構(gòu)件的殘余應(yīng)力及殘余變形。本發(fā)明實(shí)施例所述成形過程分析方法可用于預(yù)測弧形構(gòu)件的成形荷載與殘余變形的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)成形精度控制，可為構(gòu)件承載力計(jì)算提供參考依據(jù)。
[0028]通過以上的實(shí)施方式的描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到本發(fā)明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實(shí)施方式?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在可讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)中，如計(jì)算機(jī)的軟盤，硬盤或光盤等，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述的方法。
[0029]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種弧形圓管構(gòu)件壓彎成形過程中精度控制方法，包括: 步驟一，根據(jù)成形裝置及圓管構(gòu)件的幾何特征，利用結(jié)構(gòu)與荷載的對(duì)稱性，可取成形系統(tǒng)的1/4對(duì)稱結(jié)構(gòu)為分析模型，但注意計(jì)算最終成形所需荷載時(shí)要乘以4倍； 步驟二，在所述分析模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)加載弧板與圓管構(gòu)件間的相互作用荷載會(huì)因構(gòu)件變形發(fā)生變化的特點(diǎn)，確定與加載弧板相應(yīng)的圓管構(gòu)件表面為接觸區(qū)； 步驟三，在所述分析模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)反力架與圓管構(gòu)件間的相互作用荷載會(huì)因構(gòu)件變形發(fā)生變化的特點(diǎn)，確定與反力架相應(yīng)的圓管構(gòu)件表面為接觸區(qū)； 步驟四，在確定所述分析模型及所述接觸區(qū)的基礎(chǔ)上，耦合加載弧板上所有節(jié)點(diǎn)全部自由度，模擬模具的剛性加載，建立成形系統(tǒng)的數(shù)值分析模型； 步驟五，基于所述成形系統(tǒng)的數(shù)值分析模型，設(shè)置加載弧板的加載位移，開展直線圓管的加載成形過程模擬，得到加載任意時(shí)刻tl所對(duì)應(yīng)的加載弧板、反力架與圓管構(gòu)件間接觸狀態(tài)，包括接觸區(qū)域、接觸力，同時(shí)得到加載后圓管構(gòu)件的塑性變形及其應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)；步驟五，基于所述成形系統(tǒng)的數(shù)值分析模型，考慮加載成形最終時(shí)刻所述圓管構(gòu)件的塑性變形和應(yīng)力與應(yīng)變狀態(tài)，以及所述加載弧板、反力架與圓管構(gòu)件間的接觸狀態(tài)，卸除弧形板加載裝置，模擬圓管構(gòu)件的自由回彈，得到卸載過程任意時(shí)刻t2所對(duì)應(yīng)的加載弧板、反力架與圓管間接觸狀態(tài)包括接觸區(qū)域、接觸力，重現(xiàn)加載系統(tǒng)中裝置與構(gòu)件的分離過程，得到最終的圓管構(gòu)件的殘余變形以及殘余應(yīng)力與應(yīng)變； 所述成形裝置包括: 加載弧形板，所述弧形圓管構(gòu)件置于其內(nèi)， 一個(gè)加載油缸，它設(shè)在加載弧形板中間，并通過連接裝置與加載弧形板連接， 反力架，它與加載弧形板相對(duì)位于弧形圓管構(gòu)件兩側(cè)。
【文檔編號(hào)】B21D7/022GK103990665SQ201310053884
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月20日
【發(fā)明者】王仁華, 羅興隆, 許立新, 陳橋生, 程俊彪 申請(qǐng)人:上海寶冶集團(tuán)有限公司