获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法

本发明涉及管材三维自由弯曲，具体是获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法。

背景技术：

1、随着航空航天、核能工程、汽车等领域的技术快速发展，装备结构的轻量化设计成为各个领域的发展方向。空间复杂弯曲构件在航空、航天、汽车等高技术工业得到广泛的应用，用于装备的传热、介质输运、结构承载以及机构分离等重要用途。所需的高性能空间复杂弯曲构件通常具有三维复杂轴线、连续变曲率半径或多曲率半径等重要几何特征，导致相应制造难度增大。常规制造技术对于上述空间复杂弯曲构件难以实现一次整体精确成形，通常需采用分段近似成形后焊接，造成构件轴线精度、截面精度不高，缺陷形式多样，难以同时满足三维连续变曲率构件整体精确成形、截面畸变小以及壁厚减薄率低的综合要求。另外，常规制造技术由于其自身局限性，造成装备管路结构设计过度冗余，导致大量装备的研制周期、空间利用率、系统功能性、使用寿命等重要指标难以保证，也增加了装备安全风险。上述问题严重制约了各行业重要装备的研发和工程应用。因此，亟需研究空间形状适应力强、制造精度高的三维复杂弯曲构件整体精确成形技术。

2、三维自由弯曲成形技术是自由弯曲设备将多轴伺服联动控制技术与塑性成形技术相结合，通过动态调控成形机构空间位姿，同时结合管坯轴向进给，实现管材柔性弯曲成形的技术。但是，不同管材的力学性能差距明显，且存在各向异性，又因为设备模具精度不高，且管材因为重力影响，使得管材在各个方向进行弯曲实验时，相同偏心距下所对应的弯曲半径不一致。因此，获得精确u-r关系对管材整体成形及精度具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法，以解决背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法，包括进行单方向上u-r关系的函数拟合与x-y面上各个方向上的比例因子k拟合函数；

4、u-r关系为弯曲模偏心距u与管材弯曲半径r之间的关系，关系如下方程所示：u＝f(r)；

5、管材弯曲半径表达式为指数函数模型、反比例函数模型、二元指数函数模型：其中，a，b，c，d为函数系数；通过自由弯曲成形试验，获取不同弯曲模偏心距下对于的管材弯曲半径，使用公式中函数进行数据拟合，得到函数系数的值。

6、在上述技术方案的基础上，本发明还提供以下可选技术方案：

7、在可选方案中：x-y面上各个方向上的比例因子k是与在相同管材弯曲半径r所对应的弯曲模偏心距u的比值；

8、所述比例因子k的表达式为：其中，u0为单方向上的弯曲模偏心距，uθ为相同管材弯曲半径下的弯曲模偏心距，θ为0-360°。

9、在可选方案中：关于比例因子k的拟合函数为：f＝f(k)，比例因子拟合函数表达式为三阶多项式函数模型和ellipse模型：其中，a，b，c，d为函数系数，可通过曲线拟合得到；

10、通过在不同方向上进行自由弯曲成形试验，获取相同管材弯曲半径r所对应的弯曲模偏心距u的比值，使用公式中函数进行数据拟合，得到函数系数的值。

11、在可选方案中：修正后的u-r关系表达式为：u(k,r)＝f×f(r)＝f(k)×f(r)。

12、在可选方案中：管材弯曲半径拟合函数f(k)包括多元指数函数、多元幂函数。

13、在可选方案中：比例因子拟合函数f(r)包括圆的函数，多阶多项式函数。

14、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：

15、1、本发明针对现有问题进行设计，提供的u-r关系函数能够减少弯曲构件在不同方向上的偏差，同时提高三维自由弯曲成形效率。

技术特征：

1.获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法，其特征在于，包括进行单方向上u-r关系的函数拟合与x-y面上各个方向上的比例因子k拟合函数；

2.根据权利要求1所述的获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法，其特征在于，x-y面上各个方向上的比例因子k是与在相同管材弯曲半径r所对应的弯曲模偏心距u的比值；

3.根据权利要求1所述的获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法，其特征在于，关于比例因子k的拟合函数为：f＝f(k)，比例因子拟合函数表达式为三阶多项式函数模型和ellipse模型：其中，a，b，c，d为函数系数；

4.根据权利要求3所述的获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法，其特征在于，修正后的u-r关系表达式为：u(k,r)＝f×f(r)＝f(k)×f(r)。

5.根据权利要求1所述的获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法，其特征在于，管材弯曲半径拟合函数f(k)包括多元指数函数、多元幂函数。

6.根据权利要求1所述的获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法，其特征在于，比例因子拟合函数f(r)包括圆的函数，多阶多项式函数。

技术总结
本发明公开了获取导管自由弯曲成形不同偏距下弯曲半径关系拟合方法，涉及导管三维自由弯曲技术领域。该方法包括获取单方向上不同偏心距(U)‑弯曲半径(R)之间的拟合关系，在弯曲模Y轴正方向下进行的U‑R弯曲试验拟合方法及在不同方向上的拟合方法。通过试验获取Y轴正方向的U‑R关系数据，通过函数曲线拟合，拟合得到精确的U‑R关系；在x‑y平面做若干组弯曲试验，获得因为导管材料参数及模具参数的影响系数k，通过曲线拟合不同方向上的k值，获得x‑y平面上影响系数k的拟合函数。采用本发明方法提供的U‑R关系函数能够减少弯曲构件在不同方向上的偏差，同时提高三维自由弯曲成形效率。

技术研发人员：郭训忠,邓炀炀,程诚,乔勇,杨茜,刘春梅
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8