[发明专利]一种测试复杂加载路径下管材成形性能的方法

说明书

一种测试复杂加载路径下管材成形性能的方法，它涉及一种管材成形性能的测试方法，以解决传统的固定应力状态下线性加载路径的测试方法以及近来出现的自由胀形实验方法都无法使管材按照复杂加载路径进行变形，因而无法得到复杂加载路径下管材成形性能的问题，方法是按照以下步骤实现的：步骤一、模具制作：根据实际需要设计并加工具有特定的胀形约束区形状和长径比变化的管材胀形模具；步骤二、试样制备；步骤三、安装固定：步骤四、管材密封；步骤五、胀形测试；步骤六、数据分析。本发明用于复杂加载路径下管材成形性能测试。

技术领域

本发明涉及一种管材成形性能的测试方法，具体涉及一种测试复杂加载路径下管材成形性能的方法。

背景技术

在航空航天以及汽车工业中，为减轻结构重量、提高结构可靠性，迫切需要采用整体构件代替传统的由多个简单零件组装拼焊的构件。空心封闭截面零件是整体构件中的重要一类，其主要采用原始较为简单的薄壁筒坯或管坯制造而成。从简单坯料成形为最终复杂零件，坯料将经历复杂的变形过程。坯料上某一个区域的受力状态及应力状态将在整个变形过程中不断变化。

众所周知，材料在不同的受力状态和应力状态下变形时，会表现出不同的成形性能。例如，材料在单向拉伸至断裂时的极限延伸率与胀形至破裂时某方向的极限伸长率会有明显差别。为了描述材料在不同应力状态下的成形性能或极限变形能力，通常需采用相应的实验方法来使材料在某种特定条件下发生变形直至破坏，从而获得这种条件下的极限应变。通过改变材料变形条件并进行相应的测试，可获得不同变形条件下的极限应变，利用这些极限应变可以确定通常所说的成形极限图(forming limit diagram)。需要指出的是，传统的成形极限图中的每一个数据点，只对应某一固定变形条件或线性加载路径。这种采用固定变形条件或线性加载路径确定的成形极限图已被广泛用于表征和评价材料的成形性能。但是，这种成形极限图只能用于表示理想或者固定的变形条件下的成形性能。如果从变形初始至最终破坏时材料的变形条件或加载路径不断发生变化，那么这种传统的成形极限图将不再适用。

近来，出现了采用管材自由胀形实验来模拟真实的管材胀形成形过程，并利用自由胀形最终破裂时的极限应变来表征管材成形极限的方法。自由胀形时管材在轴向和环向都受拉力的条件下发生变形，而且在变形过程中管材轴向应力和环向应力的比值(即应力状态)是不断变化的，这种变化与实际管材胀形成形过程类似，因此利用这种方法确定的极限应变可以更好地对实际胀形成形进行指导，特别是用于判断材料的成形性能能否满足零件成形的需要。目前，自由胀形实验作为一种直接测试和评价管材成形性能特别是胀形性能的实验方法，已经得到了广泛认可和实际应用。管材胀形破裂后的极限胀形系数(管材直径的最大变化量与初始直径的比值)、胀破压力、胀破时的极限应变常被用作评价管材成形性能的指标。然而，现有的管材自由胀形过程中，中间胀形区的管材长度基本保持不变，该区域材料的应力状态虽然也会发生一定程度的变化，但是这种变化完全由中间胀形区管材的长度决定。因此，通过这种固定胀形区长度的自由胀形实验，只能获得某些简单变化或某些特定的应力路径下的成形性能，并不能获得更一般的复杂应力路径下的成形极限，也就无法对上述的复杂整体构件的成形提供准确有效的指导。为了准确获得管材在复杂成形条件下的成形性能，需要一种能够使管材在更一般且可控的复杂加载路径下变形的实验方法。

发明内容

本发明是为解决传统的固定应力状态下线性加载路径的测试方法以及近来出现的自由胀形实验方法都无法使管材按照复杂加载路径进行变形，因而无法得到复杂加载路径下管材成形性能的问题，进而提出一种测试复杂加载路径下管材成形性能的方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：

方案一：一种测试复杂加载路径下管材成形性能的方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、模具制作：根据实际需要设计并加工具有特定的胀形约束区形状和长径比变化的管材胀形模具；

步骤二、试样制备：按照实验需要截取一定长度管材试样，并将管材试样表面清洗干净；