基于拋物線模型的管材成形性能自適應測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于拋物線模型的管材成形性能自適應測試方法，屬于管材成形性能測試領域。本發明首先對管材的脹形高度和內壓進行實時測量；其次通過拋物線模型初步算出脹形最高處的實時壁厚，結合管材初始尺寸，進而算出相關曲線和數值；然后代入自適應有限元求解系統進行模擬；最后對比試驗所得的相同曲線并通過不斷迭代修正，最終得到管材真實的力學性能參數。本發明只需測量一次管材壁厚，整個脹形過程連續進行，測試過程簡單高效；無需切割測試管材進行壁厚測量，即可得到管材真實雙向應力狀態下的力學性能，所得管材力學性能參數真實可靠，為后續加工奠定了堅實基礎。
【專利說明】基于拋物線模型的管材成形性能自適應測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種管材成形性能自適應測試方法，具體說是一種基于拋物線模型的管材成形性能自適應測試方法，屬于管材成形性能測試領域。
【背景技術】
[0002]目前，管材結構件在航空、航天工程、船舶、汽車等應用領域占有較大的比例，其對于提高航空、航天器、船舶、汽車的整體結構性能及有效減重具有極其重要的實際意義。
[0003]通過數值模擬的方法研究管材塑性成形過程，能夠大量降低工藝的開發時間和成本，這種方法已經被廣泛的應用。其準確性取決于管材的成形性能參數(如加工硬化系數K值、加工硬化指數η值)獲得的準確性。
[0004]現有的管材力學性能測試方法主要包括:(I)、對于一些焊接管材，一般通過測量其卷焊前的原始板材的拉伸力學性能，代替焊接管材的力學性能。此方法沒有考慮軋制方向和加工硬化的影響效果，使得所測得的力學性能與管材的真實力學性能相差較大。(2)、在管材上沿著軸向直接截取拉伸試樣，進行單向拉伸實驗。這種方法只能測得管材軸向力學性能，無法反映環向或者其他方向的力學性能。如果在環向或者其他方向上截取試樣，因為管材呈曲面形狀，需要展平試樣才能進行單向拉伸實驗，但是展平過程中的加工硬化必然使試樣力學性能發生變化，管材直徑越小影響越大，從而無法得到管材準確的力學性能參數。(3)、在管材上沿著環向截取拉伸試樣，進行環向拉伸實驗。這種方法可以測得管材的環向力學性能，但是試樣與夾具摩擦較大，對測得的管材力學性能影響較大，而且管材塑性變形時，是受雙向載荷作用的一種綜合狀態，無法用單一縱向拉伸實驗或者環向拉伸試樣進行表征。(4)、中斷實驗法。當管材發生一定量的脹形變形后中斷實驗，對管材的壁厚進行測量。測量后，將管材進行重新密封、脹形，然后再中斷實驗進行壁厚的測量。如此反復，直到管材發生破裂。該方法，雖可以獲得不同脹形階段管材的壁厚，但是由于管材經歷了多次的加載、卸載、再加載的過程，管材的力學性能已經發生變化，因此所得結果并不可靠。而且，其實驗操作繁瑣，效率低下。
[0005]2013年4月17日，中國發明專利申請CN2013100258589公開了一種基于壁厚線性模型的管材力學性能液壓脹形測試方法，其通過破裂點壁厚的測量，假設出壁厚線性模型，即每個時刻的壁厚等于原始壁厚減去脹形高度乘的常數倍，直接計算管材各個時刻的壁厚，再通過計算獲得管材的等效應力應變曲線，確定管材材料的K值、η值和抗拉強度。該發明方法中的關鍵點在于假設的壁厚線性模型，但是其卻只是眾多模型中的一個，無法驗證該模型的準確性，并且其測試結果沒有修正功能，與實際的管材力學性能差距較大。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種基于拋物線模型的管材成形性能自適應測試方法，旨在解決現有的管材力學性能測試方法中無法準確得到管材真實的力學性能，影響了管材塑性成形過程的有限元模擬和實際成形的技術問題。[0007]為了解決上述技術問題。本發明提供了一種基于拋物線模型的管材成形性能自適應測試方法，包括以下步驟:
[0008]I)、測量測試管材的初始壁厚、外半徑RCV內半徑RItl、脹形區長度Itl、二分之一的脹形區長度w=1q/2;
[0009]2)、將測試管材放置在上模和下模之間，并通過左密封沖頭和右密封沖頭對測試管材的兩端進行密封；
[0010]3)、向測試管材內充入高壓液體介質，高壓液體介質的壓力范圍是l_350Mpa ；
[0011]4)、通過傳感器實時記錄測試管材內各個時刻的高壓液體的壓力P(t)、最高點的脹形高度BHtjut⑴；
[0012]5)、根據拋物線模型的幾何關系，計算獲得脹形過程中每一時刻的壁厚th(t):
[0013]外部輪廓拋物線方程，即RQUt (z，t):
【權利要求】
1.一種基于拋物線模型的管材成形性能自適應測試方法，其特征在于包括以下步驟: 1)、測量測試管材(I)的初始壁厚、外半徑RCV內半徑RItl、脹形區長度Itl、二分之一的脹形區長度w=1q/2; 2)、將測試管材⑴放置在上模(2)和下模(3)之間，并通過左密封沖頭⑷和右密封沖頭(5)對測試管材(I)的兩端進行密封；3)、向測試管材(I)內充入高壓液體介質，高壓液體介質的壓力范圍是l_350Mpa; 4)、通過傳感器(6)實時記錄測試管材(I)內各個時刻的高壓液體的壓力P(t)、最高點的脹形高度BHtjut⑴； 5)、根據拋物線模型標注的幾何關系，計算獲得脹形過程中每一時刻的壁厚th(t): 外部輪廓拋物線方程，即Rwt (z, t):
2.根據權利要求1所述的基于拋物線模型的管材成形性能自適應測試方法，其特征在于:所述步驟I)中測試管材(I)為不銹鋼管材、鋁合金管材、碳鋼管材、鎂合金管材或鈦合金管材。
3.根據權利要求1或2所述的基于拋物線模型的管材成形性能自適應測試方法，其特征在于所述步驟8)中的自適應有限元求解系統流程為:I)、在自適應有限元求解系統中導入管材脹形實驗中的壓力-位移實驗數據，在主界面中輸入原始管材的外直徑、內直徑、壁厚、模具內間距，構建所述步驟I)到步驟7)的解析模型，求得管材真實-應變曲線； 2)、用最小二乘法求得K值、η值，在系統界面中選擇兩端固定脹形或者是自由脹形，并輸入加載路徑、管材長度、模具圓角半徑，進而生成有限元模型文件； 3)、導入有限元模型文件，將解析值作為模型的初始值代入到模型中，激活有限元求解器，獲得模擬P-H曲線IK^ni ； 4)、將獲得模擬P-H曲線1、Ki,η,與試驗所得的P-H曲線相比較，是否匹配，如果誤差比設定的允許誤差大，則修正此次模擬的加工硬化系數K值、加工硬化指數η值，代入有限元模型中，重新模擬計算，直 到所得模擬P-H曲線與實驗所得P-H曲線無限接近，誤差在允許誤差范圍內，則停止循環，輸出此時的加工硬化系數K值、加工硬化指數η值。
【文檔編號】G01N3/12GK103698220SQ201310722598
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】金先玉, 范敏郁, 祁童百惠, 郭訓忠, 陶杰 申請人:南京航空航天大學