铝合金双腔管液压弯曲变形行为研究

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中文摘要：随着轻量化技术的发展，铝合金多腔弯曲件越来越多被应用到汽车制造工业、国防军事和航空航天领域中。通过热弯曲成形方法制造铝合金多腔管弯管不仅碳排放量大、能源消耗多，且力学性能差，成形质量不稳定。为了解决铝合金多腔管弯曲成形难题，实现低成本高效生产，提出了充液弯曲成形方法，通过理论过程研究、实验研究和数值模拟方法，以 6063-T5 铝合金双腔管为研究对象，研究铝合金双腔管充液弯曲变形行为，研究铝合金双腔管变形理论，分析双腔管内外侧缺陷形成机理，通过实验研究和数值模拟的方式揭示支撑内压、弯曲半径和管材壁厚对双腔管充液弯曲变形行为影响，解决了双腔管弯曲难题，为多腔管一体化常温弯曲成形开辟了道路。通过单轴拉伸确定 6063-T5 铝合金力学性能，获得单轴拉伸应力应变曲线、屈服强度和抗拉强度；研制充液绕弯成形实验装置，组建充液绕弯实验平台，该装置可实现压力可调节和自动稳压，主要包括手动油泵、溢流阀和绕弯成形模具。分析了弯曲前后体积增量问题，解决了充液弯曲过程中因体积减小导致压力不稳的问题和双腔管两腔连通充液密封问题。研究多腔管液压弯曲成形理论，通过力学分析，得到弯曲支撑内压和模具弯曲力计算方法。通过弹性与塑性力学理论，结合微分平衡方程和全量理论，得到管材的应力应变表达式；通过超静定闭口箱梁转化为开口箱梁与两附加主应力的方法，求解出双腔管超静定模型的剪力流表达式，绘制剪力流分布图，通过计算得到了各节点剪力流大小。分析并得到了双腔管截面的各个关键点的应力应变状态，在弯曲阶段，绕弯轧辊对充液管坯进行连续弯曲，弯曲内外侧管壁主要受切向和厚向应力影响。通过铝合金双腔管实验研究和数值模拟结合的方式，获得内压分别对双腔管内外侧管壁壁厚分布的影响规律，结合 8 组不同内压样本，分析不同内压对于最大凹陷深度、b 收缩率、h 收缩率和宽边未贴模率等各个截面畸变参数的影响；分析内压对周向和切向应力应变的影响规律，得到了关于内压的双腔管成形区间；研究了弯曲半径对于弯曲成形的影响，基于数值模拟方法，以弯曲半径为 35 mm、40 mm 和 45 mm 三个样例为研究对象，分析不同弯曲半径对截面畸变的各参数的影响规律，分析弯曲半径对壁厚分布的影响和弯曲半径对筋板质量的影响，得到弯曲半径对双腔管弯曲成形的影响机制；研究了管坯壁厚对弯曲件质量的影响，通过数值模拟方式，结合 6 个不同壁厚样本，研究管坯在相同内压下，壁厚分布、周向应力应变、切向应力应变随壁厚的变化，获得了关于管坯壁厚的双腔管成形窗口。

作者：

赵爽

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关键词：

铝合金多腔管充液弯曲成形支撑内压弯曲半径管材壁厚

授予学位：

硕士

学科专业：

机械工程

导师：

张鑫龙

学位年度：

2024

学位授予单位：

东北林业大学

语种：

中文

中图分类号：