[发明专利]基于抛物线模型的管材成形性能自适应测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管材成形性能自适应测试方法,具体说是一种基于抛物线模型的管材成形性能自适应测试方法，属于管材成形性能测试领域。

背景技术

目前，管材结构件在航空、航天工程、船舶、汽车等应用领域占有较大的比例，其对于提高航空、航天器、船舶、汽车的整体结构性能及有效减重具有极其重要的实际意义。

通过数值模拟的方法研究管材塑性成形过程，能够大量降低工艺的开发时间和成本，这种方法已经被广泛的应用。其准确性取决于管材的成形性能参数（如加工硬化系数K值、加工硬化指数n值）获得的准确性。

现有的管材力学性能测试方法主要包括：(1)、对于一些焊接管材，一般通过测量其卷焊前的原始板材的拉伸力学性能，代替焊接管材的力学性能。此方法没有考虑轧制方向和加工硬化的影响效果，使得所测得的力学性能与管材的真实力学性能相差较大。(2)、在管材上沿着轴向直接截取拉伸试样，进行单向拉伸实验。这种方法只能测得管材轴向力学性能，无法反映环向或者其他方向的力学性能。如果在环向或者其他方向上截取试样，因为管材呈曲面形状，需要展平试样才能进行单向拉伸实验，但是展平过程中的加工硬化必然使试样力学性能发生变化，管材直径越小影响越大，从而无法得到管材准确的力学性能参数。(3)、在管材上沿着环向截取拉伸试样，进行环向拉伸实验。这种方法可以测得管材的环向力学性能，但是试样与夹具摩擦较大，对测得的管材力学性能影响较大，而且管材塑性变形时，是受双向载荷作用的一种综合状态，无法用单一纵向拉伸实验或者环向拉伸试样进行表征。(4)、中断实验法。当管材发生一定量的胀形变形后中断实验，对管材的壁厚进行测量。测量后，将管材进行重新密封、胀形，然后再中断实验进行壁厚的测量。如此反复，直到管材发生破裂。该方法，虽可以获得不同胀形阶段管材的壁厚，但是由于管材经历了多次的加载、卸载、再加载的过程，管材的力学性能已经发生变化，因此所得结果并不可靠。而且，其实验操作繁琐，效率低下。

2013年4月17日，中国发明专利申请CN2013100258589公开了一种基于壁厚线性模型的管材力学性能液压胀形测试方法，其通过破裂点壁厚的测量，假设出壁厚线性模型，即每个时刻的壁厚等于原始壁厚减去胀形高度乘的常数倍，直接计算管材各个时刻的壁厚，再通过计算获得管材的等效应力应变曲线，确定管材材料的K值、n值和抗拉强度。该发明方法中的关键点在于假设的壁厚线性模型，但是其却只是众多模型中的一个，无法验证该模型的准确性，并且其测试结果没有修正功能，与实际的管材力学性能差距较大。

发明内容

本发明提供了一种基于抛物线模型的管材成形性能自适应测试方法，旨在解决现有的管材力学性能测试方法中无法准确得到管材真实的力学性能，影响了管材塑性成形过程的有限元模拟和实际成形的技术问题。

为了解决上述技术问题。本发明提供了一种基于抛物线模型的管材成形性能自适应测试方法，包括以下步骤：

1)、测量测试管材的初始壁厚th₀、外半径RO₀、内半径RI₀、胀形区长度l₀、二分之一的胀形区长度w=l₀/2；

2)、将测试管材放置在上模和下模之间，并通过左密封冲头和右密封冲头对测试管材的两端进行密封；

3)、向测试管材内充入高压液体介质，高压液体介质的压力范围是1-350Mpa；

4)、通过传感器实时记录测试管材内各个时刻的高压液体的压力P(t)、最高点的胀形高度BH_out(t)；

5)、根据抛物线模型的几何关系，计算获得胀形过程中每一时刻的壁厚th(t)：

外部轮廓抛物线方程，即R_out(z,t)：