基于数值模拟的冷弯型材残余应力特征研究

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冷弯成形的型材构件因其优良的技术性和经济性,被广泛应用于船舶制造业。本文研究型材的冷弯成形过程,型材构件是船体结构的基本结构。型材加工通常使用肋骨冷弯机加工,借助机械对型材施加外力,从而使型材产生塑性变形。本文以船用角钢、T型材和球扁钢为研究对象,通过数值模拟与冷弯试验相结合的方法来研究型材冷弯成形规律。
  本文采用ANSYS/LS-DYNA软件对型材的冷弯成形过程进行建模,包括几何模型、有限元模型以及逐步逼近成形模型,分析不同材质、不同成形工艺对型材弯曲成形量和回弹量关系的影响及其残余应力特征,最后利用逐步逼近结果探索冷弯一次成形规律。上述研究工作得到了以下结论:
  (1)在弯曲曲率-回弹曲率曲线中,腹板翼缘的回弹曲率随弯曲曲率先增大后略有下降。曲线下降段,型材回弹时残余应力大于加载位移载荷施加在型材上的应力。
  (2)型材材质对残余应力有影响。材料强度越高,型材残余应力越大;但材质对残余应力分布影响较小。
  (3)在逐步逼近成形过程中,型材残余应力逐渐减小,腹板翼缘的应力集中得到改善。因此,逐步逼近成形工艺有助于提高构件的疲劳强度。
  (4)一次成形数值计算结果显示,成形量与回弹量之间存成近似线性的关系。这一特征与试验结果相近。
  本文进行了型材冷弯成形验证性试验,将数值模拟结果与试验结果对比,结果显示,两者数值上较为接近。
  综上,本文在型材冷弯成形过程中材料残余应力特征及其相关的工作中得到了一些有意义的结果,对完善成形加工工艺有一定的参考意义。
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