弧形圓管構件壓彎成形過程中精度控制方法
【專利摘要】本發明涉及弧形圓管構件，尤其涉及弧形圓管構件壓彎。根據弧形圓管構件的冷彎成形工藝特點，抽象成形過程的數值分析模型。實施加載成形模擬，分析圓管構件在變形過程中與加載弧板以及與反力架間接觸加強作用，得到任意成形時刻的圓管構件的塑性變形、應力與應變。實施卸載回彈模擬，分析已變形的圓管構件在卸載過程中與加載弧板以及反力架間的接觸分離，得到任意卸載時刻的圓管構件的變形狀態，以及最終的殘余應力與應變。本發明可用于預測弧形構件的成形荷載與殘余變形的關系，實現成形精度控制，可為構件承載力計算提供參考依據。
【專利說明】弧形圓管構件壓彎成形過程中精度控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及弧形圓管構件，尤其涉及弧形圓管構件壓彎。
【背景技術】
[0002]目前弧形鋼管構件通過壓機三點冷壓彎曲，冷壓彎曲下壓力大，強大的下壓力極易在彎管時造成鋼管內弧起趨，以及直徑方向壓扁畸變，彎管弧形質量不夠理想。對于大長度鋼管壓彎，通過壓彎一段，松開模具移動鋼管后再壓，使鋼管軸向逐步移動壓彎，對壓彎弧度邊壓彎邊用樣板檢測彎曲部位，反復壓彎直至滿足質量要求。如果壓彎過渡，需要松開模具，將鋼管翻轉下壓修正。
[0003]由此可見，目前弧形構件在冷彎成形過程完全基于操作工人的經驗，需要重復壓彎修整或在彎曲量太大時翻身回壓等反復操作方可達到最低的設計要求，其成形精度無法控制，成形質量也難有保障。而這些問題歸因于弧形鋼管構件的冷彎加工過程的復雜性，至今業界對成形過程的變形規律以及冷彎成形對構件承載力造成的影響還缺乏明確的認識，亦無有效的弧形圓管構件的成形過程研究方法。
【發明內容】
[0004]本發明旨在解決上述缺陷，提供一種弧形圓管構件壓彎成形過程中精度控制方法。本發明可用于預測弧形構件的成形荷載與殘余變形的關系，實現成形精度控制，可為構件承載力計算提供參考依據。
[0005]本發明實施例基于所述的弧形圓管構件的加載彎曲成形和卸載回彈全過程模擬實現成形精度控制，按照成形系統的荷載與結構特點，建立合適的數值分析模型，并開展直線圓管構件的加載階段成形模擬，得到加載階段的應力與應變狀態，此后，撤除變形圓管構件上的加載弧板模擬構件的自由回彈，得到卸載階段的應力與應變狀態，綜合加載階段及卸載階段的影響，得到最終的弧形圓管構件的殘余應力及殘余變形。本發明所述成形過程分析方法可用于預測弧形構件的成形荷載與殘余變形的關系，實現成形精度控制，可為構件承載力計算提供參考依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]下面結合附圖對本發明作進一步的說明:
圖1為弧形圓管構件成形過程分析的流程圖；
圖2為實際成形裝置示意圖；
圖3為成形裝置的力學模型；
圖4為成形加載示意圖；
圖5為成形卸載示意圖；
圖6為成形結束后的殘余應力狀態不意圖。
[0007]標記說明 11為直線圓管構件，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接裝置。
[0008]21為加載后的變形圓管構件，31為卸載后的弧形圓管構件。
[0009]2S為反力架間距。
【具體實施方式】
[0010]請參見圖1，本發明實施例提供一種弧形圓管構件壓彎成形過程中精度控制方法，如圖1所示，包括:
步驟101根據弧形圓管構件的冷彎成形工藝特點，抽象成形過程的數值分析模型。
[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接裝置15。
[0012]因成形過程涉及材料、幾何及狀態非線性問題，其過程求解計算資源消耗嚴重，為提高分析效率，利用結構與荷載的對稱性，根據成形裝置(含12、13、14、15)及成形圓管構件11的幾何特征，僅取系統的1/4對稱模型為分析對象。
[0013]因反力架12為固定裝置，故反力架12的弧形凸面一側節點的所有自由度均約束，模擬該固定裝置。
[0014]相比于圓管構件11剛度,反力架12具有很強的剛性，故反力架12凹面一側與圓管構件11外側相應的區域應為接觸目標區域，與此相應的圓管構件11區域亦應為可能接觸區域。
[0015]相比于圓管構件11剛度，加載弧板14具有很強的剛性，故加載弧形板14凸面一側與圓管構件11外側相應的區域應為接觸目標區域，與此相應的圓管構件11區域亦應為可能接觸區域。
[0016]相比于圓管構件11剛度，加載弧板14與油缸間的聯接裝置15具有很強的剛性，故加載弧板14可視為剛體作用于圓管上，應耦合加載弧板14所有節點的所有自由度模擬剛體模具。
[0017]設定各成形裝置(含12、14)和圓管構件11的材料模型，以及成形裝置(含12、14)與圓管構件11間的摩擦系數，以模擬成形過程中成形裝置(含12、14)與圓管構件11之間的真實作用過程。
[0018]步驟102加載階段的成形模擬，根據加載弧板與圓管構件間相互作用變化的特點，假定初始可能的接觸區域，模擬成形過程中加載弧板、反力架與圓管間接觸狀態(接觸區域、接觸力)的加強過程，得到加載結束后圓管產生的塑性變形及其應力應變。
[0019]根據成形設計曲線的需要設置加載弧形板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]直線圓管構件11從初始形狀在加載弧形板14的作用下，發生塑性變形成為變形圓管構件21。
[0021]加載成形分析，獲得加載結束后圓管構件11的內力與變形狀態。考慮到圓管構件卸載后的回彈影響，加載階段的位移荷載會超出設計需要的變形失高。弧形板14加載區域圓管構件11截面進入塑性狀態，應力水平較高。
[0022]步驟103卸載階段成形模擬，基于加載階段結束后的內力狀態，將其作為卸載階段的初始狀態，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(接觸區域、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力與應變，以及獲得最終成形曲線時所需的成形荷載。
[0023]獲得變形圓管構件21在加載成形結束后的內力及變形狀態。
[0024]卸載階段加載弧板14立即撤除，故選擇加載弧板14與圓管構件11間的接觸單元，殺死該類單元，模擬變形圓管構件21的自由回彈，反映變形圓管構件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件31，其殘余應力狀態如圖6所示。
[0026]根據構件的殘余變形與成形荷載的計算結果，預測弧形圓管構件的冷彎成形規律，實現成形精度控制。
[0027]本發明實施例基于所述的弧形圓管構件的加載彎曲成形和卸載回彈全過程模擬實現成形精度控制，按照成形系統的荷載與結構特點，建立合適的數值分析模型，并開展直線圓管構件的加載階段成形模擬，得到加載階段的應力與應變狀態，此后，撤除變形圓管構件上的加載弧板模擬構件的自由回彈，得到卸載階段的應力與應變狀態，綜合加載階段及卸載階段的影響，得到最終的弧形圓管構件的殘余應力及殘余變形。本發明實施例所述成形過程分析方法可用于預測弧形構件的成形荷載與殘余變形的關系，實現成形精度控制，可為構件承載力計算提供參考依據。
[0028]通過以上的實施方式的描述，所屬領域的技術人員可以清楚地了解到本發明可借助軟件加必需的通用硬件的方式來實現，當然也可以通過硬件，但很多情況下前者是更佳的實施方式。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在可讀取的存儲介質中，如計算機的軟盤，硬盤或光盤等，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述的方法。
[0029]以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種弧形圓管構件壓彎成形過程中精度控制方法，包括: 步驟一，根據成形裝置及圓管構件的幾何特征，利用結構與荷載的對稱性，可取成形系統的1/4對稱結構為分析模型，但注意計算最終成形所需荷載時要乘以4倍； 步驟二，在所述分析模型的基礎上，根據加載弧板與圓管構件間的相互作用荷載會因構件變形發生變化的特點，確定與加載弧板相應的圓管構件表面為接觸區； 步驟三，在所述分析模型的基礎上，根據反力架與圓管構件間的相互作用荷載會因構件變形發生變化的特點，確定與反力架相應的圓管構件表面為接觸區； 步驟四，在確定所述分析模型及所述接觸區的基礎上，耦合加載弧板上所有節點全部自由度，模擬模具的剛性加載，建立成形系統的數值分析模型； 步驟五，基于所述成形系統的數值分析模型，設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，得到加載任意時刻tl所對應的加載弧板、反力架與圓管構件間接觸狀態，包括接觸區域、接觸力，同時得到加載后圓管構件的塑性變形及其應力與應變狀態；步驟五，基于所述成形系統的數值分析模型，考慮加載成形最終時刻所述圓管構件的塑性變形和應力與應變狀態，以及所述加載弧板、反力架與圓管構件間的接觸狀態，卸除弧形板加載裝置，模擬圓管構件的自由回彈，得到卸載過程任意時刻t2所對應的加載弧板、反力架與圓管間接觸狀態包括接觸區域、接觸力，重現加載系統中裝置與構件的分離過程，得到最終的圓管構件的殘余變形以及殘余應力與應變； 所述成形裝置包括: 加載弧形板，所述弧形圓管構件置于其內， 一個加載油缸，它設在加載弧形板中間，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位于弧形圓管構件兩側。
【文檔編號】B21D7/022GK103990665SQ201310053884
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2013年2月20日 優先權日:2013年2月20日
【發明者】王仁華, 羅興隆, 許立新, 陳橋生, 程俊彪 申請人:上海寶冶集團有限公司