不銹鋼管冷拔加工成形數(shù)只模擬技術(shù)
不銹鋼管成形的生產(chǎn)方法具有節(jié)材節(jié)能和提高產(chǎn)品質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),但在成形過程中管坯金屬的變形行為非常復(fù)雜,理論分析比較困難。目前,對管件成形過程的分析方法主要分為以下三種:
一是采用理論分析與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法,通過大量的實(shí)驗(yàn)研究總結(jié)出不銹鋼管成形參數(shù)化的速度場,然后用能量法及主應(yīng)力進(jìn)行求解,前蘇聯(lián)學(xué)者采用此法。二是采用近似理論分析方法,主要是假設(shè)變形是軸對稱或是平面狀態(tài),采用主應(yīng)力或上限法進(jìn)行求解,對解析解再乘以系數(shù)進(jìn)行修正。這種方法實(shí)質(zhì)上只能近似求解出遠(yuǎn)離過渡區(qū)域的主管、支管以及對稱面上金屬的變形,日本及中國學(xué)者常采用此法。三是數(shù)值模擬仿真計(jì)算,主要采用有限元法,美國及韓國學(xué)者常采用此法。這三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),適合不同的場合。一般地,在工藝設(shè)計(jì)、定性討論成形規(guī)律及計(jì)算成形力的時(shí)候采用前兩種方法,而要深入地定量研究成形規(guī)律、揭示應(yīng)力應(yīng)變的分布以及優(yōu)化工藝和模具結(jié)構(gòu)時(shí),就需要進(jìn)行有限元模擬。有限元法是數(shù)值分析方法中應(yīng)用最為廣泛并且最具有生命力的一種方法。近20年來,人們在有限元的理論、單元類型、材料本構(gòu)關(guān)系、接觸模型以及算法上進(jìn)行了大量的研究,使它在金屬成形分析中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,從20世紀(jì)70年代到80年代中后期主要還是只能解決平面問題和軸對稱問題,到了90年代已經(jīng)能夠解決較為復(fù)雜的三維問題,目前正在不斷提高計(jì)算效率和精度,開始向?qū)嵱没较虬l(fā)展。
有限元法的基本原理是將欲求解未知場變量的不銹鋼管連續(xù)介質(zhì)劃分有限個(gè)單元,單元用節(jié)點(diǎn)連接,每個(gè)單元內(nèi)的場變量通過插值函數(shù)有節(jié)點(diǎn)值確定,單元之間的作用力由節(jié)點(diǎn)傳遞,根據(jù)虛功原理或者能量泛函的變分原理盡量單元的運(yùn)動(dòng)方程或剛度方程,然后對各單元進(jìn)行集成而形成問題的整體運(yùn)動(dòng)方程或整體剛度程,最后進(jìn)行數(shù)值求解得到基本知量(一般是位移)的節(jié)點(diǎn)值,進(jìn)而求得其他場變量的值。
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