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管材轴压胀形(Tube hydroforming with axial feeding, THF with axial feeding)是一种在成形件的端部提供轴向作用力的液压成形技术,由于其对成形件的补料效果较好,被广泛应用于航空航天工业、汽车工业、家用电器等领域。通常,起皱是作为成形中的一种失效形式。但有学者提出可以将皱纹分为有益皱纹与有害皱纹,如果在成形中利用有益皱纹,那么就可以提高管件的壁厚均匀性。相对其它的加载路径,脉动液压加载路径是一种较为理想的加载路径,其能够提高管材的成形性能,越来越受到重视。如何在脉动液压加载下,充分控制与利用管材成形中产生的皱纹,提高管材的成形性能,在理论研究和工程应用方面均有重要的价值。 本课题中将采用理论分析、试验验证、有限元模拟等相结合的方法,开展脉动液压加载下管材轴压胀形中起皱行为的研究。具体的研究内容:(1)分析在脉动液压加载条件下管材轴压胀形中的起皱行为:提出表征起皱程度的方法,研究在脉动液压加载与非脉动液压加载下管材轴压胀形中的起皱现象及规律,揭示脉动液压参数对产生皱纹的影响规律;(2)建立判断皱纹类型的几何条件及力学条件:研究管材成形区皱纹的演变过程中,推导皱纹类型的几何判据与力学判据的表达式;(3)提出有效控制皱纹、使管材成形性得到明显提高的方法:提出了皱纹类型路径分布图,使在某种加载路径下通过控制加载参数就能产生不同类型的皱纹——有益皱纹或者有害皱纹;在试验中观察皱纹的演变过程,分析该过程中各个阶段的特点;推导皱纹程度与成形参数的关系,实现对有益皱纹的利用。 结果表明:(1)提出的皱纹程度的评估方法能够有效表示起皱的程度;(2)课题中使用的有限元模型具有可靠性;(3)管材轴压胀形中,液压加载方式对成形性能和成形区上产生皱纹的影响较大,脉动液压加载有利于产生皱纹;(4)脉动液压参数对管材轴压胀形中起皱的影响比较复杂,合理地设置脉动液压的参数才能更充分地利用成形中的有益皱纹;(5)根据所提出的管材轴压胀形中皱纹类型的几何判据与力学判据,能够正确判断成形中产生的是有益皱纹还是有害皱纹;(6)根据成形中皱纹的变形特点,将有益皱纹划分为:皱纹产生、增长、减小和展平四个阶段,将有害皱纹划分为:皱纹产生、增长和减小三个阶段;(7)通过提出利用成形参数绘制皱纹类型路径分布图的方法和建立皱纹程度与成形参数间的关系,能够控制与利用有益皱纹。 本课题的研究成果对进一步研究控制与利用皱纹的深入研究及应用具有一定的借鉴和指导作用。