[發明專利]一種管材液壓成形的快速預測方法

有效

• 申請號: 201710236597.3
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN106874636B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 鮑益東;周佳愷;王珉;陳文亮;秦雪嬌;李國梁;丁咚;樊勝寶;王雯
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/18
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 趙洪玉;閆彪

1.一種管材液壓成形的快速預測方法，包括以下步驟：

步驟一、對管坯的外表面和模具的成形面分別劃分網格得到管坯網格和模具網格，根據預設管坯的軸向進給量對管坯網格的節點沿管坯的軸向作位移，其中管坯中點處的節點位移量為0，管坯中點至管坯端部網格節點的位移量呈線性分布；

步驟二、依次將位移后的管坯網格的節點沿該節點的法向投影到模具的成形面上，并將投影后的投影點按投影前的連接順序相連，從而得到投影后的管坯網格；

其中，將管坯網格的任一節點A投影到模具的成形面的方法為：將管坯網格節點A的法線方向旋轉到Z軸，將所有的模具網格節點也進行同樣的旋轉，此時管坯網格節點A的法線方向即Z軸方向，管坯網格節點A在平面XOY上的投影點為A'，將旋轉后的模具網格在平面XOY上進行投影得到與模具網格一一對應的投影單元，找到投影點A'所在的投影單元，計算管坯節點A的法線方向與該投影單元相對應的模具網格的交點，即為管坯節點A投影到模具的成形面的投影點；

步驟三、以投影后的管坯網格作為初始解，通過有限元方法對管坯的最終構形進行求解，過程如下：

1)根據投影后的管坯網格、管坯的材料參數以及預設的管坯內液壓力，得到管坯的每個網格節點的塑性應變和應力，從而計算得到作用在每個網格節點上的內力和外力；

2)根據每個管坯網格節點的外力以及管坯與模具之間的摩擦系數得到每個管坯網格節點的摩擦力；

3)根據管坯所有節點內力、外力和摩擦力所做的功之和為0建立有限元平衡方程；

4)通過牛頓-拉普森迭代法以預設的收斂準則求解有限元平衡方程對管坯上的網格節點進行修正，得到管件外表面網格；

步驟四、假設管材液壓變形前后每個網格單元的體積不變，根據每個管坯網格的厚度、管坯網格的面積以及每個管件外表面網格的面積，計算得到每個管件外表面網格的預估厚度；

步驟五、將每個管件外表面網格節點相鄰的所有管件外表面網格的預估厚度取均值得到該管件外表面網格節點的實際厚度；

步驟六、將每個管件外表面網格節點沿其法線方向向管件內延伸該節點實際厚度的距離，即得到所有的管件內表面網格節點，按與管件外表面網格節點一一對應的連接順序生成管件內表面網格，最終得到液壓成形后的管件。

2.根據權利要求1所述的管材液壓成形的快速預測方法，其特征在于：步驟二中得到投影后的管坯網格后進行網格光順。

3.根據權利要求1所述的管材液壓成形的快速預測方法，其特征在于，步驟三中的收斂準則為，當某一迭代步計算出所有管坯網格節點的殘余力向量范數小于前一迭代步計算出的相應值時，判斷相鄰兩次迭代步中的所有管坯網格節點的位移差之和是否小于預定值，如是則迭代結束，否則繼續進行下一步迭代；當某一迭代步計算出所有管坯網格節點的殘余力向量的范數大于或等于前一迭代步計算出的相應值時，迭代失敗；其中，管坯網格節點的殘余力向量為作用在該管坯網格節點的內力和外力之差。

4.根據權利要求1所述的管材液壓成形的快速預測方法，其特征在于：步驟二中尋找投影點A'所在的投影單元時，由近及遠順序選擇距離管坯網格節點A的模具網格節點，從該模具網格節點的相鄰模具網格在平面XOY上進行投影得到的投影單元中尋找投影點A'所在的投影單元。