弧形圆管构件压弯成形过程中精度控制方法
【专利摘要】本发明涉及弧形圆管构件，尤其涉及弧形圆管构件压弯。根据弧形圆管构件的冷弯成形工艺特点，抽象成形过程的数值分析模型。实施加载成形模拟，分析圆管构件在变形过程中与加载弧板以及与反力架间接触加强作用，得到任意成形时刻的圆管构件的塑性变形、应力与应变。实施卸载回弹模拟，分析已变形的圆管构件在卸载过程中与加载弧板以及反力架间的接触分离，得到任意卸载时刻的圆管构件的变形状态，以及最终的残余应力与应变。本发明可用于预测弧形构件的成形荷载与残余变形的关系，实现成形精度控制，可为构件承载力计算提供参考依据。
【专利说明】弧形圆管构件压弯成形过程中精度控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及弧形圆管构件，尤其涉及弧形圆管构件压弯。
【背景技术】
[0002]目前弧形钢管构件通过压机三点冷压弯曲，冷压弯曲下压力大，强大的下压力极易在弯管时造成钢管内弧起趋，以及直径方向压扁畸变，弯管弧形质量不够理想。对于大长度钢管压弯，通过压弯一段，松开模具移动钢管后再压，使钢管轴向逐步移动压弯，对压弯弧度边压弯边用样板检测弯曲部位，反复压弯直至满足质量要求。如果压弯过渡，需要松开模具，将钢管翻转下压修正。
[0003]由此可见，目前弧形构件在冷弯成形过程完全基于操作工人的经验，需要重复压弯修整或在弯曲量太大时翻身回压等反复操作方可达到最低的设计要求，其成形精度无法控制，成形质量也难有保障。而这些问题归因于弧形钢管构件的冷弯加工过程的复杂性，至今业界对成形过程的变形规律以及冷弯成形对构件承载力造成的影响还缺乏明确的认识，亦无有效的弧形圆管构件的成形过程研究方法。
【发明内容】
[0004]本发明旨在解决上述缺陷，提供一种弧形圆管构件压弯成形过程中精度控制方法。本发明可用于预测弧形构件的成形荷载与残余变形的关系，实现成形精度控制，可为构件承载力计算提供参考依据。
[0005]本发明实施例基于所述的弧形圆管构件的加载弯曲成形和卸载回弹全过程模拟实现成形精度控制，按照成形系统的荷载与结构特点，建立合适的数值分析模型，并开展直线圆管构件的加载阶段成形模拟，得到加载阶段的应力与应变状态，此后，撤除变形圆管构件上的加载弧板模拟构件的自由回弹，得到卸载阶段的应力与应变状态，综合加载阶段及卸载阶段的影响，得到最终的弧形圆管构件的残余应力及残余变形。本发明所述成形过程分析方法可用于预测弧形构件的成形荷载与残余变形的关系，实现成形精度控制，可为构件承载力计算提供参考依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]下面结合附图对本发明作进一步的说明:
图1为弧形圆管构件成形过程分析的流程图；
图2为实际成形装置示意图；
图3为成形装置的力学模型；
图4为成形加载示意图；
图5为成形卸载示意图；
图6为成形结束后的残余应力状态不意图。
[0007]标记说明 11为直线圆管构件，12为反力架，13为加载油缸，14为加载弧形板，15为加载油缸与弧形板间的联接装置。
[0008]21为加载后的变形圆管构件，31为卸载后的弧形圆管构件。
[0009]2S为反力架间距。
【具体实施方式】
[0010]请参见图1，本发明实施例提供一种弧形圆管构件压弯成形过程中精度控制方法，如图1所示，包括:
步骤101根据弧形圆管构件的冷弯成形工艺特点，抽象成形过程的数值分析模型。
[0011]一种常见的压弯成形的弧形圆管的装置见图2，包括圆管构件11，反力架12，加载油缸13，加载弧形板14，弧形板与油缸间的联接装置15。
[0012]因成形过程涉及材料、几何及状态非线性问题，其过程求解计算资源消耗严重，为提高分析效率，利用结构与荷载的对称性，根据成形装置(含12、13、14、15)及成形圆管构件11的几何特征，仅取系统的1/4对称模型为分析对象。
[0013]因反力架12为固定装置，故反力架12的弧形凸面一侧节点的所有自由度均约束，模拟该固定装置。
[0014]相比于圆管构件11刚度,反力架12具有很强的刚性，故反力架12凹面一侧与圆管构件11外侧相应的区域应为接触目标区域，与此相应的圆管构件11区域亦应为可能接触区域。
[0015]相比于圆管构件11刚度，加载弧板14具有很强的刚性，故加载弧形板14凸面一侧与圆管构件11外侧相应的区域应为接触目标区域，与此相应的圆管构件11区域亦应为可能接触区域。
[0016]相比于圆管构件11刚度，加载弧板14与油缸间的联接装置15具有很强的刚性，故加载弧板14可视为刚体作用于圆管上，应耦合加载弧板14所有节点的所有自由度模拟刚体模具。
[0017]设定各成形装置(含12、14)和圆管构件11的材料模型，以及成形装置(含12、14)与圆管构件11间的摩擦系数，以模拟成形过程中成形装置(含12、14)与圆管构件11之间的真实作用过程。
[0018]步骤102加载阶段的成形模拟，根据加载弧板与圆管构件间相互作用变化的特点，假定初始可能的接触区域，模拟成形过程中加载弧板、反力架与圆管间接触状态(接触区域、接触力)的加强过程，得到加载结束后圆管产生的塑性变形及其应力应变。
[0019]根据成形设计曲线的需要设置加载弧形板14的加载位移，其他方向自由度均不约束，加载成形示意如图3所示。
[0020]直线圆管构件11从初始形状在加载弧形板14的作用下，发生塑性变形成为变形圆管构件21。
[0021]加载成形分析，获得加载结束后圆管构件11的内力与变形状态。考虑到圆管构件卸载后的回弹影响，加载阶段的位移荷载会超出设计需要的变形失高。弧形板14加载区域圆管构件11截面进入塑性状态，应力水平较高。
[0022]步骤103卸载阶段成形模拟，基于加载阶段结束后的内力状态，将其作为卸载阶段的初始状态，卸除加载装置，模拟变形圆管的自由回弹，模拟卸载过程中加载弧板、反力架与圆管间接触状态(接触区域、接触力)的分离过程，得到最终的圆管成形曲线以及圆管的残余应力与应变，以及获得最终成形曲线时所需的成形荷载。
[0023]获得变形圆管构件21在加载成形结束后的内力及变形状态。
[0024]卸载阶段加载弧板14立即撤除，故选择加载弧板14与圆管构件11间的接触单元，杀死该类单元，模拟变形圆管构件21的自由回弹，反映变形圆管构件21与反力架12间的分离过程，回弹模拟如图5所示。
[0025]获得卸载后的弧形圆管构件31，其残余应力状态如图6所示。
[0026]根据构件的残余变形与成形荷载的计算结果，预测弧形圆管构件的冷弯成形规律，实现成形精度控制。
[0027]本发明实施例基于所述的弧形圆管构件的加载弯曲成形和卸载回弹全过程模拟实现成形精度控制，按照成形系统的荷载与结构特点，建立合适的数值分析模型，并开展直线圆管构件的加载阶段成形模拟，得到加载阶段的应力与应变状态，此后，撤除变形圆管构件上的加载弧板模拟构件的自由回弹，得到卸载阶段的应力与应变状态，综合加载阶段及卸载阶段的影响，得到最终的弧形圆管构件的残余应力及残余变形。本发明实施例所述成形过程分析方法可用于预测弧形构件的成形荷载与残余变形的关系，实现成形精度控制，可为构件承载力计算提供参考依据。
[0028]通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0029]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种弧形圆管构件压弯成形过程中精度控制方法，包括: 步骤一，根据成形装置及圆管构件的几何特征，利用结构与荷载的对称性，可取成形系统的1/4对称结构为分析模型，但注意计算最终成形所需荷载时要乘以4倍； 步骤二，在所述分析模型的基础上，根据加载弧板与圆管构件间的相互作用荷载会因构件变形发生变化的特点，确定与加载弧板相应的圆管构件表面为接触区； 步骤三，在所述分析模型的基础上，根据反力架与圆管构件间的相互作用荷载会因构件变形发生变化的特点，确定与反力架相应的圆管构件表面为接触区； 步骤四，在确定所述分析模型及所述接触区的基础上，耦合加载弧板上所有节点全部自由度，模拟模具的刚性加载，建立成形系统的数值分析模型； 步骤五，基于所述成形系统的数值分析模型，设置加载弧板的加载位移，开展直线圆管的加载成形过程模拟，得到加载任意时刻tl所对应的加载弧板、反力架与圆管构件间接触状态，包括接触区域、接触力，同时得到加载后圆管构件的塑性变形及其应力与应变状态；步骤五，基于所述成形系统的数值分析模型，考虑加载成形最终时刻所述圆管构件的塑性变形和应力与应变状态，以及所述加载弧板、反力架与圆管构件间的接触状态，卸除弧形板加载装置，模拟圆管构件的自由回弹，得到卸载过程任意时刻t2所对应的加载弧板、反力架与圆管间接触状态包括接触区域、接触力，重现加载系统中装置与构件的分离过程，得到最终的圆管构件的残余变形以及残余应力与应变； 所述成形装置包括: 加载弧形板，所述弧形圆管构件置于其内， 一个加载油缸，它设在加载弧形板中间，并通过连接装置与加载弧形板连接， 反力架，它与加载弧形板相对位于弧形圆管构件两侧。
【文档编号】B21D7/022GK103990665SQ201310053884
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2013年2月20日 优先权日:2013年2月20日
【发明者】王仁华, 罗兴隆, 许立新, 陈桥生, 程俊彪 申请人:上海宝冶集团有限公司