面内外不均匀变形对薄壁矩形管绕弯成形回弹的作用机制

薄壁矩形管绕弯成形过程的回弹严重地影响矩形弯管件的尺寸精度和形状精度，是实现该过程精确成形迫切需要研究解决的关键基础问题。本项目着力采用计算机模拟仿真并与理论、试验相结合的研究方法，研究该成形过程中材料硬化模型及弹性模量随塑性变形的变化规律，以便提高回弹预测精度；在此基础上，研究建立基于考虑面内与面外不均匀塑性变形的薄壁矩形管绕弯成形过程回弹预测模型；系统研究并揭示面内与面外不均匀弯曲变形对薄壁矩形管绕弯成形过程回弹的作用机制，探明回弹形成的机理、影响回弹的关键因素及其影响规律。研究建立基于控制面内与面外不均匀变形的薄壁矩形管绕弯成形回弹补偿与控制的理论与方法，从而实现对薄壁矩形管绕弯过程精确成形。可望在薄壁矩形管弯曲成形过程不均匀变形对回弹的作用机制方面取得突破，对发展薄壁矩形管数控绕弯精确成形先进理论与技术具有重要的科学意义和明确的应用背景。

按照项目计划书的要求完成了全部研究内容。. 采用单向反复加载卸载试验获得了3A21和H96矩形管弹性模量随塑性变形变化规律，分别建立了两种材料考虑变弹性模量效应的本构模型；采用Yoshida-Uemori 双屈服面模型建立了考虑包辛格效应的塑性本构模型，并采用单向拉压试验获得了该模型中的参数。在绕弯回弹有限元建模关键技术的处理上，引入了夹紧力、助推压力的作用，并对芯头进行了合理的简化，对回弹计算的初始约束条件进行了合理的处理。.以模拟失真、能量输出为检测手段获得了合理的质量放大因子；通过网格收敛性获得了合理的网格划分密度。采用C3D8R实体单元建立了考虑变弹性模量效应的3A21和H96半管回弹有限元模型，并对模型进行了验证。结果表明当采用3A21矩形管时，回弹角模拟值的平均误差仅为8.43%；当采用H96矩形管时，模拟值的平均误差仅为6.7%。其次，采用S4R壳单元建立了考虑包辛格效应的H96全管回弹有限元模型，试验表明，采用该模型得到的回弹角误差只有5.18%。. 研究获得了3A21矩形管材料参数影响回弹的敏感性大小及主次顺序。通过对绕弯截面变形分布特征的研究，发现可以将矩形管绕弯变形区划分为三个区域，即夹块影响区、中间区和芯棒芯头影响区。并研究获得了夹紧力、助推速度、芯头个数、芯棒伸出量、压块与管坯摩擦、防皱块与管坯摩擦等边界条件对截面回弹值的影响规律。基于虚拟正交试验研究获得了各工艺参数对矩形管弯曲回弹角影响的显著性由强到弱依次是：弯曲半径、芯棒与管坯间隙、芯棒与管坯摩擦系数、芯棒伸出量、弯曲模与管坯间隙、防皱块与管坯摩擦系数。利用所得到的回弹角回归预测模型，对回弹角进行了“过弯法”补偿。. 对H96矩形管绕弯、抽芯和回弹过程应力、应变进行了分析。研究获得了夹块的夹紧力、压块的助推速度、管坯与防皱块/弯曲模之间的摩擦及芯头个数等对回弹和截面变形的影响规律和敏感性，表明回弹是降低横截面畸变同时促使纵截面椭圆化的重要因素。影响截面变形和回弹的最敏感参数分别是芯头个数及助推速度。获得了控制H96矩形管绕弯回弹的最佳工艺参数组合。并得到补偿回弹角的关系式。. 在国际和国内核心期刊发表论文19篇，7人次参加国际和国内学术会议。被SCI收录7篇，EI收录15篇，ISTP收录3篇。培养博士生3人，硕士生7人，其中2人获校级优秀硕士学位论文。