[发明专利]一种管材塑性冷弯成形的应变中性层位置计算方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械工程领域，特别是指一种管材塑性冷弯成形的应变中性层位置计算方法及装置。

背景技术

管材塑性弯曲成形是指管材在多模具协同作用和严格配合下发生塑性变形，从而获得空间任意曲线形状制品的重要加工方法。由于管件具有中空结构的特点，能够满足轻量化、强韧化、低消耗等要求，在航空、航天、船舶、化工、汽车等高技术领域中得到了广泛应用。

管材塑性弯曲成形是一个沿弯曲线逐渐变形的过程，横截面上的管材同样也是一个由表及里的逐渐变形过程。弯曲初期，管材处于较小曲率状态时，只产生弹性变形，应变中性层通过截面重心，随着变形程度的不断加大，塑性变形区越来越大并向中性层位置扩大，弹性区则越来越小，此时应变中性层和几何中心轴不再重合，而是随曲率的增大逐渐向曲率中心方向移动。应变中性层的偏移影响了弯管成形后的应力应变分布状态以及残余应力的精确计算，制约了航空航天等高技术领域对弯管无应力装配的需求。因此管材应变中性层位置的确定可为精确计算残余应力、提高弯管零件装配精度等提供重要依据。

现有技术中往往忽略了应变中性层的偏移，近似认为管材在弯曲变形过程中应变中性层始终与几何中心轴重合，在此假设条件下对弯管成形质量进行分析研究。现有技术中还有一种将板材应变中性层偏移量的推导方法直接引入到弯管应变中性层偏移量的计算中，忽略了由于管材中空结构特点导致的应变中性层求解方法的变化。

总体来说，已有研究缺少对管材的结构及弯曲变形特点的考虑，因此需要一种新的方法确定弯管应变中性层的位置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种管材塑性冷弯成形的应变中性层位置计算方法及装置，可以确定弯管应变中性层的位置。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种管材塑性冷弯成形的应变中性层位置计算方法，包括：

A．确定管材弯曲成形后应变中性层内侧周向应力、外侧周向应力、内侧切向应力以及外侧切向应力；

B．分别建立管材弯曲成形后应变中性层外侧周向应力与外侧切向应力的第一函数关系式、内侧周向应力与内侧切向应力的第二函数关系式；

C．基于应变中性层处周向应力连续，根据所述外侧切向应力以及内侧切向应力，第一函数关系式以及第二函数关系式，确定使得在应变中性层处的内外侧切向应力计算值相等的第三函数关系式；

D．根据所述第三函数关系式，得到基于周向应力连续的应变中性层偏移量；

E．根据所述应变中性层偏移量，确定应变中性层位置。

其中，所述步骤B中，建立弯管应变中性层外侧周向应力与外侧切向应力的第一函数关系为：

σα1≈σθ11-sinαm+sinα]]>

建立弯管应变中性层内侧周向应力与内侧切向应力的第二函数关系为：

σα2≈σθ21+sinαm+sinα]]>