[发明专利]小直径厚壁管材二维变曲率弯曲回弹预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管材二维变曲率弯曲回弹预测方法，特别是涉及一种小直径厚壁管材二维变曲率弯曲回弹预测方法。

背景技术

小直径厚壁管材是指管材外径小于10mm，外径与壁厚比小于20的管材。这种管材结构具有强度、刚度高，以及节省材料、外形美观的特点，同时具有较好的成形加工性能。所以以各种金属管材为主的中空结构，广泛应用在航空航天、船舶、车辆、石油化工、建筑及压力容器等领域。管材弯曲卸载后将不可避免地产生一定回弹，严重影响弯管生产的精度与效率，尤其针对管材变曲率弯曲成形，回弹问题更为复杂，而回弹的准确预测是有效控制弯管回弹缺陷的前提。

由于设计性能、安装空间以及轻量化等要求，管件的设计形状也变得日趋复杂，如在紧凑的飞机机身及发动机内部，管材种类及数量繁多，形状怪异复杂（包括二维变曲率构型），作用又十分重要。由于这种二维变曲率弯管的弯曲形状不规则，与传统定曲率弯曲相比存在不均匀性特点，从而强化了其几何非线性和边界非线性程度，回弹问题复杂，严重增加了对其研究的难度。

目前针对变曲率管材弯曲，一种变曲率管子弯曲装置[公开号CN202061958U；公开日20111207]、实现管材空间三维变曲率弯曲的装置及方法[CN102489564A；公开日20120613]采用辊或滚轮配合弯曲方式，可以弯曲成形二维变曲率弯管，但对弯曲过程中出现的回弹现象未做深入研究，对于准确预测及控制回弹缺陷未做相关说明。

管材种类繁多，性能要求各异，其中小直径厚壁管材（管材外径小于10mm，外径与壁厚比小于20）弯曲成形具有回弹与破裂起皱、截面畸变相比是主要成形缺陷的特点。

发明内容

为了克服现有小直径厚壁管材二维变曲率绕弯成形回弹问题无法解决的不足，本发明提供一种小直径厚壁管材二维变曲率弯曲回弹预测方法。该方法通过建立小直径厚壁管材弯曲回弹的解析模型，将二维变曲率弯管轴线离散，利用近似纯弯曲回弹实验建立弯曲回弹半径关系式，离散弯管回弹预测，回弹预测离散弯管简单拼接，离散弯管回弹拼接修正。可以对小直径厚壁管材二维变曲率弯曲回弹进行预测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种小直径厚壁管材二维变曲率弯曲回弹预测方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、进行双圆弧拟合逼近，即按弯管轴线给定一系列有序形值点m_i，每相邻节点之间由两条相切圆弧段C_j、C_j+1组成，两圆弧段分别通过给定的两个节点m_i、m_i+1，且在节点处的切线斜率与变曲率轴线在该节点处的斜率相等。依据弯管轴线曲率变化规律离散成G1连续的多段圆弧C_j，若C_j、C_j+1始终不满足逼近误差，则加密形值点m_i，重复步骤一。

步骤二、根据离散弯管轴线的圆弧半径，利用近似纯弯曲回弹实验装置，将管材的一端固定，另一端绕固定端旋转一角度，使弯曲角度达到所需数值，卸载作用在弯管上的力，记录弯管回弹后的角度大小。实验过程中指针所指的角度值即为该弯管的弯曲角度，两个夹钳间发生弯曲部位的弯管长度即为该段圆弧长度，故将指针所指角度值代入下式即可求出半径值。

ρ=180L∂·π]]>

式中，L是圆弧长度，单位mm；ρ是圆弧半径，单位mm；是弯曲角度，单位°。

利用三次多项式拟合弯管回弹前后弯曲半径实验数据，建立回弹前后弯曲半径函数关系式

y=a·x³+b·x²+c·x+d    （1）

式中，y是回弹后的圆弧半径值；X是回弹前的圆弧半径值；a、b、c、d是待定系数。