538 北京科技大学学报 2002年第5期 (b).本文中轴向载荷采用位移的形式，其最大 移为0，液体压力逐渐增大.当使用曲线2加载 行程为54mm.为了探讨轴向位移在液压成形 时，两端冲头的轴向位移随液体压力的增大而 中的作用，设计了两种不同的载荷曲线，如图2 增大.采用这两种不同的载荷曲线加载，得到的 所示. 模拟结果如图3和图4所示，其中图3为管件 当使用曲线1加载时，两端冲头的轴向位 主应力等值线图，图4为管件壁厚分布图. 通过对比这两种不同的加载方式下的模拟 60 (a) 结果，可以发现两个显著的不同点： (1)成形所需的液体压力不同. 40 在T型管液压成形过程中，管件中部金属 20 曲线 逐渐突起，要使突起最高点与管件中心线距离 量曲线2 0 达38mm,采用曲线1加载，液体压力需达到58 0 0.51.01.52.02.53.03.5 Pa;而采用曲线2加载，液体压力只需达30 3.0b) MPa,两者相差近1倍.造成这一差异的原因是， 2.0 当管件单纯受液体压力作用时，变形主要集中 1.0 在中上部，管件中上部金属的第一主应力σ>0， 第二主应力c>0,如图3(a)和(b)所示，呈双向拉 0.0◆ 应力状态，端部金属的第一主应力，≈0，第二主 -1.0 一曲线1 应力σ2>0但是值也非常小；当在管件上同时施 ◆一曲线2 加轴向载荷和液体压力时，变形扩展至整个中 -2.0 0 0.5 1.01.52.02.53.03.5 部，管件中部金属的第一主应力σ>0，第二主应 t/ms 力o<0,如图3(c)和(d)所示，呈一向拉一向压的 图2载荷曲线对比图 应力状态.根据塑性力学原理，主应力绝对值相 Fig.2 Curves of loads and displacement with time (a)采用曲线1加载时的第一主应力分布图 (b)采用曲线1加载时的第二主应力分布图 A=90166;B=210541;C=330916;D=451291;E=571667 A=-12767;B=90355;C=193478;D=296600:E=399723 (©)采用曲线2加载时的第一主应力分布图 (d采用曲线2加载时的第二主应力分布图 A=37529:B=134052:C=232175:D=329498:E=426021A=-338738:B=-207858:C=-76978:D=53903:E=184783 图3管件主应力等值线图（单位为kP) Fig.3 Principal stress distribution of the tube 同的情况下，一向拉一向压的应力状态比双向 38mm时，采用曲线1加载的管件最小壁厚为 拉的应力状态得到的等效应力值大，材料更容 2.423mm,而采用曲线2加载的管件最小壁厚为 易屈服，因此即使在较小的液体压力下也可发 2.604mm,如图4所示.前者壁厚减薄现象比较 生较大的塑性变形. 明显，发生破裂的危险性增大. (2)管件中部的壁厚不同. 造成这一差异的原因是，只承受液体压力 管件中部突起最高点与管件中心线距离达 的管件，塑性变形集中在中上部，突起形成主要一 5 3 8 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 02 年 第 5期 伪) ) . 本 文 中轴 向载荷采用位移 的形式 , 其最 大 行 程为 54 ~ . 为 了探讨轴 向位移在液压成形 中的作用 , 设 计 了两种不同的载荷 曲线 , 如图 2 所 示 . 当使用 曲线 1 加载时 , 两端冲头 的轴 向位 a 卜. l ot , nn ù `U 4 山芝月 曲线 曲线 3 . 0 3 . 5 ǔù 5 2 0 叫\ 00 : 凡`J, 、日曰口书 0 . 0 一 1 . 0 -2 . 0 … ( 止了丫一 , . 一 . 曲线 1 - 州卜- 曲线 2 1 1 1 1 1 1 0 . 5 1 . 0 1 . 5 2 . 0 r / 1】1 , 2 . 5 3 . 0 3 . 5 图 2 载 荷 曲线 对 比图 F i g · 2 C u vr e s o f l o a d s a n d d is Pla e e m e n t w i t h ti m e 移为 O , 液体 压力逐渐增大 . 当使用 曲线 2 加载 时 , 两端 冲头的轴 向位移 随液体 压力 的增大而 增大 . 采用这两种不同的载荷 曲线加载 , 得 到的 模拟结果如 图 3 和 图 4 所示 , 其 中图 3 为管件 主应力等值线 图 , 图 4 为管件 壁厚分布 图 . 通过对 比这两种不 同的加 载方式下 的模拟 结果 , 可 以发现两个 显著的不 同点 : ( l) 成 形所需 的液体压力 不 同 . 在 T 型 管液压成形过 程 中 , 管件 中部金属 逐渐突起 , 要使突起最 高点与管件 中心 线距离 达 38 ~ , 采用 曲线 1 加载 , 液体压力需 达到 58 M P;a 而采用 曲线 2 加载 , 液体压力 只 需达 30 M p a , 两者相差近 1倍 . 造成这一差异的原 因是 , 当管件单纯 受液体压力作用 时 , 变形 主要集 中 在 中上部 , 管件中上部金属 的第一 主应力 al > 0 , 第二主应力 氏>0 , 如 图 3 a( )和 (b) 所示 , 呈双 向拉 应力状 态 , 端部金属 的第一主应力 。 , 二 0 , 第二主 应力 氏> 0 但是值也 非常小 ; 当在管件上 同时施 加轴 向载荷 和 液体压力时 , 变形扩展至整个 中 部 , 管件 中部金属的第一主应力 al > 0 , 第二主应 力 氏 < 0 , 如图 3 c( )和 (d) 所示 , 呈一 向拉一 向压的 应力状态 . 根据塑性力学原理 , 主应力绝对值相 (a) 采用 曲线 1 加 载时 的第 一主应 力分 布图 A = 9 0 16 6 ; B = 2 1 0 5 4 1 ;C = 3 3 0 9 1 6 ; D = 4 5 1 2 9 1; E = 5 7 1 6 6 7 b( )采 用 曲线 1 加 载 时的第二主应 力分布 图 A = 一 1 2 7 6 7 ; B = 9 0 3 5 5 ; C “ 19 3 4 7 8 ; D = 2 9 6 6 0 0 ; E = 3 99 7 2 3 ù ǐ 甲 卜沐z 丫 · ō 茸一 少`ǐ分南 币卯,ó会ù z只小手ù弓屯, 叭ù ó 扭只斌州叫 井 卜: ó邝 了 八一 (c )采用 曲线 2 加 载时 的第一 主应力 分布图 A = 3 7 5 2 9 ; B = 1 3 4 0 5 2 ;C = 2 3 2 1 7 5 ; D = 3 2 9 4 9 8 ; E =4 2 6 0 2 1 (d )采用 曲线 2 加 载时 的第二 主应力 分布图 A = 一 3 3 8 7 3 8 ; B = 一2 0 7 8 5 8 ;C = 一 7 6 9 7 8 ; D = 5 3 9 0 3 ; E = 1 8 4 7 8 3 图 3 管件 主应力 等值线 图 (单位为 kl, a) Fi g · 3 P r in e iP a l s t er s s d is t r汤 u it o n o f th e t u b e 同的情 况 下 , 一 向拉 一向压 的应 力状 态 比双 向 拉 的应力状态 得到的等效应力值 大 , 材料更容 易屈 服 , 因 此 即使在较小 的液体 压力下也可 发 生较大 的塑性 变形 . (2 )管件 中部 的壁厚不 同 . 管件 中部突起最高点与管件 中心 线距离达 3 8 ~ 时 , 采用 曲线 l 加 载的管件最小壁厚 为 2 . 4 2 3 ~ , 而采用 曲线 2 加载的管件最小壁厚 为 2 . 6 0 4 m m , 如 图 4 所示 . 前者 壁厚减薄现象 比较 明显 , 发生破裂 的危险性增大 . 造成这一差异 的原 因是 , 只承受液体压力 的管件 , 塑性变形集 中在中上部 , 突起形成主要