工程科学学报，第38卷，第9期：1317-1326,2016年9月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.9:1317-1326,September 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.09.018;http://journals.ustb.edu.cn 双金属复合板矫直过程的弯曲及弹复解析 张 超，臧勇，管奔，秦 勤 北京科技大学机械工程学院，北京100083 区通信作者，E-mail:yzang(@ustb.edu.cn 摘要基于工程弹塑性力学建立了不同组坯方式下双金属复合板弯曲矫直过程截面弹塑性状态演变路径的解析模型.基 于该模型分析不锈钢复合板矫直过程中的弯曲回弹特性，解释复合板弯曲回弹过程中截面的反向屈服现象，并将不锈钢复合 板与单一材料板材弯曲过程进行对比，研究结果表明：双金属复合板在弯曲过程中截面会经历五种弹塑性状态，并伴随者不 同的中性层偏移规律，弯曲回弹后的残余应力分布与单一材料板相比更加不均匀且可能进入反向屈服状态：复合板与单一材 料板材的弯矩相对差值随着屈服强度比的增大而增大，其绝对值随着弯曲曲率先增大后减小. 关键词双金属板：弯曲：回弹；矫直；残余应力 分类号TG333.2 Bending and springback analysis of bimetal composite plates during leveling ZHANG Chao,ZANG Yong,GUAN Ben,QIN Qin School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:yzang@ustb.edu.cn ABSTRACT An analytical model of section elastoplastic state evolution paths was built for bimetal composite plates under different assemble patterns during bending and leveling based on engineering elastoplastic mechanics.Based on this model,the bending and re- bounding process of stainless steel clad plates was analyzed,the section reverse yield phenomenon during rebounding was explained, and the bending process of stainless steel clad plates was contrasted to that of single material sheets.The results show that five elasto- plastic states of the bimetal composite plate section occurs along with different neutral layer offset laws,and the residual stress distribu- tion is more uneven and may enter the reverse yield state after bending.The relative difference of bending moment between the bimetal composite plate and the single sheet increases with increasing yield strength ratio,and the absolute value first increases then decreases with increasing curvature. KEY WORDS bimetal sheet;bending;springback;leveling;residual stress 金属复合板是使用各种复合技术使金属板材在界统单一材料板材，在制备及冷却等过程中更普遍地出 面上实现冶金结合的一种复合材料，相比于传统单一现大尺度几何变形缺陷，往往需要运用弯曲矫直工艺 材料板材，它具有优异的服役性能与高性价比的特点. 进行矫正.同时，作为功能材料的复合板覆层结构由 石油、化工、海洋工程及造船等领域对高品质大规格金 于相对较薄且处于截面的外侧，导致其在矫直等工艺 属复合板具有广泛的市场需求2].双金属复合板由 流程中承受较大的变形并使其内部产生较大的残余应 于其层间材料物理性能及力学性能的差异，使得其板 力甚至处于塑性屈服状态，严重影响复合板整体服役 坯截面呈现非对称结构.因此其相较于对称结构的传 能力：矫直作为板材成形中的弹塑性工艺流程，其弯曲 收稿日期：2016-01-05 基金项目：国家高技术研究发展计划资助项日(2013AA031302):中国博土后科学基金资助项日(2014M550611):北京市自然科学基金青年科 学基金资助项目(3154036)工程科学学报 ，第 38卷 ，第 9期 ：1317—1326，2016年 9月 ChineseJournalofEngineering，Vo1．38，No．9：1317—1326，September2016 DOI：10．13374／j．issn2095—9389．2016．09．018：http：／／journals．ustb．edu．en 双金属复合板矫直过程 的弯 曲及 弹复解析 张 超，臧 勇因，管 奔，秦 勤 北京科技大学机械工程学院 ．北京 100083 因 通 信作者 ，E-mail：yzang@ustb．edu．en 摘 要 基于T程弹塑性力学建立 了不同组坯方式下双金属复合板弯 曲矫直过 程截 面弹 塑性 状态演变路 径 的解析 模型．基 于该模型分析不锈钢复合板矫直过程中的弯曲回弹特性，解释复合板弯曲回弹过程中截面的反向屈服现象，并将不锈钢复合 板与单一材料板材弯 曲过程进行 对 比．研究结果 表明 ：双金属复合板在弯 曲过 程中截面会经 历五种 弹塑性状态 ，并伴随着不 同的中性层偏移规律 ，弯曲 回弹后的残余应力分布 与单一材料板 相比更加不均匀且可能进入反 向屈服状 态 ；复合 板与单一材 料板材的弯矩相对差值 随着屈服强度 比的增大而增大 ，其绝对值 随着 弯曲曲率先增大后减小． 关键词 双金属板：弯曲；回弹；矫直：残余应力 分 类号 TG333．2 Bendingand springback analysisofbimetalcompositeplatesduringleveling ZHANG Chao，ZANG Yong回， GUANBen，Q1NQin SchoolofMechanicalEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，China 园 Correspondingauthor，E—mail：yzang@ ustb．edu．an ABSTRACT Ananalyticalmodelofsection elastoplasticstateevolutionpathswasbuiltforbimetalcompositeplatesunderdifferent assemblepatternsduringbendingandlevelingbasedonengineeringelastoplasticmechanics．Basedonthismodel，thebendingandre— boundingprocessofstainlesssteelcladplateswasanalyzed，thesectionreverseyieldphenomenonduringreboundingwasexplained， andthebendingprocessofstainlesssteelcladplateswascontrastedtothatofsinglematerialsheets．Theresultsshow thatfiveelasto— plastic statesofthebimetalcompositeplatesectionoccursalongwithdifferentneutrallayeroffsetlaws，andtheresidualstressdistribu— tion ismoreunevenandmayenterthereverseyieldstateafterbending．Therelativedifiereneeofbendingmomentbetweenthebimetal compositeplateandthesinglesheetincreaseswithincreasingyieldstrengthratio，andtheabsolutevaluefirstincreasesthen decreases withincreasingcurvature． KEY W ORDS bimetalsheet；bending；springback；leveling；residualstress 金属复合板是使用各种复合技术使金属 板材在界 面上实现冶金结合 的一种 复合材 料 ，相 比于传 统单 一 材料板材 ，它具有优异 的服役性能 与高性价 比的特 点． 石油 、化工 、海洋工程及造船等领域对高 品质大规格 金 属复合板具 有广泛 的市场 需求 [i-2]．双金 属复合 板 由 于其层间材料物理性 能及力学 性 能的差异 ．使得 其板 坯 截面呈现非对称结构．因此其相 较于对称 结构 的传 统单一材料板材 ，在制 备及冷 却等过 程 中更 普遍 地 出 现大尺度几何变形缺 陷 ，往往需 要运 用弯 曲矫直 工艺 进行矫正．同时 ，作 为 功能材 料 的复合 板覆层 结 构 由 于相对 较薄且处于截 面的外侧 ，导致其 在矫 直等 工艺 流程中承受较大的变形并使其 内部产生较大 的残余应 力甚 至处 于塑性 屈服状 态 。严重 影响复 合板 整体服 役 能力 ：矫直作 为板材成 形中的弹塑性 工艺流程 ，其 弯 曲 收稿 日期 ：2016-01—05 基金项 目 ：国家高技术研究发展计划资助项 目(2013AA031302)；中国博士后科学基金资助项 目(2014M550611)；北京市 自然科学基金青年 科 学基金资助项 目(3154036)