[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

摘要

本发明公开了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。本发明首先对管材的胀形高度和内压进行实时测量；其次通过抛物线模型初步算出胀形最高处的实时壁厚，结合管材初始尺寸，进而算出相关曲线和数值；然后代入自适应有限元求解系统进行模拟；最后对比试验所得的相同曲线并通过不断迭代修正，最终得到管材真实的力学性能参数。本发明只需测量一次管材壁厚，整个胀形过程连续进行，测试过程简单高效；无需切割测试管材进行壁厚测量，即可得到管材真实双向应力状态下的力学性能，所得管材力学性能参数真实可靠，为后续加工奠定了坚实基础。

主权项

1.一种基于抛物线模型的管材成形性能自适应测试方法，其特征在于包括以下步骤：1)、测量测试管材(1)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(1)放置在上模(2)和下模(3)之间，并通过左密封冲头(4)和右密封冲头(5)对测试管材(1)的两端进行密封；3)、向测试管材(1)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(6)实时记录测试管材(1)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)、根据抛物线模型标注的几何关系，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)：Rout(z,t)=RO0+BHout(t)-BHout(t)w2z2---(1)]]>内部轮廓抛物线方程,即R_in(z,t)：Rin(z,t)=RI0+BHin(t)-BHin(t)w2z2---(2)]]>实时厚度th(t)变化关系式：th(t)＝BH_out(t)+th_o-BH_in(t)    (3)由体积不变原则所得关系式,即实时管材体积V_tube等于原始管材体积V₀：Vtube=π∫0w(R2out(z,t)-R2in(z,t))dz=π(Ro20-RI20)w=v0---(4)]]>将（1）（2）（3）式代入（4），消去R_out、R_in、BH_out(t)和w，整理得到：th0=(54RI0+BHout(t))2+52BHout(t)*th0-(54RI0+BHout(t))+th(t)---(5)]]>6)、通过以下计算获得管材的等效应力应变曲线：根据米塞斯等效应力应变模型：σ_=σ12-σ1σ2+σ22---(6)]]>ϵ_=ϵ12+ϵ1ϵ2+ϵ22]]>环向应变：ϵ1=ln(RO0+RI0+2BHout(t)+th0-th(t)RO0+RI0)---(7)]]>厚度方向应变：ϵ2=ln(th(t)th0)---(8)]]>环向应力：σ1=(P(t)th(t)-σ2(t)R1)*(RO0+RI0+BHout(t)+BHin(t))2---(9)]]>轴向应力：σ2=P(t)*R22th(t)---(10)]]>其中R₁为轴向曲率半径：R1=2w2(BHout(t)+(th0-th(t))2)---(11)]]>R₂为环向曲率半径：R2=RO0+RI0+BHout(t)+BHin(t)2---(12)]]>7)、根据等效应力应变曲线，确定测试管材(1)的加工硬化系数K值、加工硬化指数n值；8)、将步骤7)确定的加工硬化系数K值、加工硬化指数n值代入自适应有限元求解系统，对在此力学性能参数情况下的测试管材(1)进行自由胀形模拟，得到模拟的液体压力和胀形最高点的高度关系曲线；9)、利用线性插值的方法将步骤8)得到的模拟的压力和高度关系曲线数值数组补全，使其能够与测试所得的液体压力和胀形高度关系曲线数值数组进行比较；10)、通过判断两条曲线的边界数值相减后的乘积，进行判断曲线是否相交，并根据相同内压下，胀形高度数值差异的绝对值总和的平均值、比较范围的最高边界处真实压力与计算压力的差异X_e、比较范围的最低边界处真实压力与计算压力的差异X₀、逼近容差R，对加工硬化系数K值、加工硬化指数n值进行修改，如下列公式；Ki+1=Ki+φ_R×0.004×Xe|Xe|---(13)]]>ni+1=ni-φ_R×0.008×X0|X0|]]>式中，K_i是第i次模拟的加工硬化系数K值，n_i是第i次模拟的加工硬化指数n值，同理，K_i+1是第i+1次模拟的加工硬化系数K值，n_i+1是第i次模拟的加工硬化指数n值；11)、将修改后的加工硬化系数K值、加工硬化指数n值再次代入自适应有限元求解系统，重复步骤8)、9)、10)，直到模拟出的液体压力和胀形高度关系曲线，无限接近试验所得的液体压力和胀形高度关系曲线，取此时的K值、n值为管材的真实力学性能参数。