[发明专利]一种大型复杂薄壁钛合金构件热成形起皱预测及控制方法

权利要求书

1.一种大型复杂薄壁钛合金构件热成形起皱预测及控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、建立钛合金薄壁构件热压成形起皱预测理论；所述的步骤一具体为：

1.1，设定板材在一个方向上受到平面内的压缩应力，在另一个方向上受到平面内的拉伸应力和普通约束力作用下的压边力p，对于屈曲板材和完好板材，加载是通过单调且成比例增加的边界位移u_x进行的，拉伸方向应力σ_z与x方向上的压应力σ_x成比例，即σ_z/σ_x＝α，其中应力比α为常数；在忽略剪应力的情况下，即σ₃/σ₁＝σ_z/σ_x＝α，因此用主应力和应变来描述下面的应力状态；在张力的作用下，屈曲板和平板在第三个方向上有相同的应变增量Δε₃；

1.2，将材料建模为平面各向异性，各向异性以参数R表示，该参数为简单拉伸试验中薄板平面上的宽度塑性应变与厚度方向的塑性应变之比；等效应力和等效应变如下所示：

用斯威夫特公式来描述材料的应变硬化行为:

其中，K是材料强度系数，n是应变硬化指数，ε₀是预应变；

对于一个平板，在给定的边缘位移u_x/L下，相应的应变分量表示为：

与没有横向张力的情况相比，即α＝0，得到应变增量Δε₃：

将公式带入得到平板的等效应变为：

其中

因此，在边缘压缩和横向张力作用下，平板上每单位宽度的应变能E₀表示为：

/

1.3，相应地，屈曲板材单位宽度的应变能E_w通过以下方式得到：

在给定的边缘位移u_x/L下，屈曲板材的变形形状为一个正弦波：

y＝δ(1+cos(mx))

其中m为对应模式下的频率；

基于材料不可压缩性和无厚度变化的情况，得到每单位宽度的体积为：

通过泰勒展开式的简化处理，得到模态形状为的投影幅值为：

1.4，采用简化积分的连续单元有限元分析，在没有横向张力的情况下，位移u_z认为是均匀的，因此相应的应变ε_z是恒定为零，在有张力作用下，屈曲板材和在平板上具有相同的应变增量Δε₃，对于弯曲板大变形，外应变ε_z、径向应变ε_r和周向应变ε_θ为：

ε_z＝Δε₃

ε_θ＝ln(r/r_u)

ε_r＝-Δε₃-ln(r/r_u)

Δε₃＜＜ε_θ，屈曲板材的等效应变简化为：

其中，

其中r是曲率半径，r_u是未拉伸表面的曲率半径；设r_i和r₀分别表示弯曲板内、外表面曲率的半径；同样，由体积的不变形，得到r_u为：

其中

r₀＝r_i+t

在无厚度变化的情况下，未拉伸板材与弯曲板的中表面重合；

1.5，利用变形理论，研究了在边缘压缩和横向拉伸作用下，每单位宽度的弯曲板的应变能E_w表示为：

通过泰勒展开式近似为：

通过计算E₀，E_w和δ，得到临界屈曲应力为：

为了找到分别与L₁、L₂的关系，建立以下关系式：

因此，定量地确定在转移边缘位移下的临界屈曲应力为：

由此可见，起皱的临界应力取决于板料所受的压力、应力状态和材料的力学参数，即：

σ_cr＝f(p，α，n，K，R，ε₀)；

步骤二、获取材料力学参数，结合起皱预测理论获得毛坯板料发生起皱的临界屈曲应力函数，根据实际板料成形过程，预测板料成形过程可能发生起皱的区域；

步骤三、基于材料力学参数模型及板料模具数模，建立钣金零件热成形的有限元仿真模型；

步骤四、将理论预测的可能发生起皱的区域与模拟成形后的钣金件的起皱区域进行对比，确定起皱区域及起皱原因；

步骤五、基于材料的转移特性，优化原始板料形状以及模具结构，再进行模拟仿真分析；

步骤六、重复步骤三、四、五，待模拟仿真结果达到产品技术要求后，进行实际钣金零件热成形生产；

步骤七、针对实际生产结果进一步优化原始板料形状以及模具结构，再次生产。