234 工程科学学报，第42卷，第2期 area of the tube is basically not thinned.The position of the minimum thickness is located in the heat-affected zone of the tube and the transition zone of the base body;the wall thickness reduction rate is the largest at the highest point of the bulging region,and the closer to the tube clamping zone,the smaller the wall thickness reduction rate.Finally,the following conclusions can be drawn:the hydroforming experiment of the tube can accurately obtain the mechanical properties of the tube.Improving the welding quality could help to control the failure rupture position.A reasonable selection of the length-to-diameter ratio of the tube is beneficial to the tube overall performance.It is beneficial to reduce the risk of cracking of the hydroformed part by reasonably controlling the thickness reduction rate of each part. KEY WORDS high-strength steel;hydroforming;deformation behavior;length-to-diameter ratio;fracture pressure;thinning rate 随着社会对资源环境可持续发展的要求日益 系统.2016年，Ge等针对管材液压成形的加载 高涨以及世界各国节能减排相关的法律法规的出 路径进行了研究，提出了一种利用差分进化的多 台，汽车行业面临着越来越大的压力，从能源的消 目标优化，以获得内部压力和端部进给过程之间 耗上看，轻质车身所消耗的化石燃料要远小于传 的最佳协作)Hashemi等应用了基于修改的M 统车身的消耗，因此汽车行业发展的一个重点就 K方法的用于LD确定的新校准方法预测了 在于轻量化.目前轻量化主要有两种解决方案：一 AA6063和AA6065铝无缝挤压管的成形极限图 是通过使用轻质材料达到减轻车身的作用：二是 (FLD)并用实验成功验证4,2017年，Abdelkefi等 使用空心结构件来减轻车身重量.基于第一种设 对管材液压成形过程中角部填充规律进行了实验 想曾提出过全铝车身的概念，但是由于成本过高 研究李坤等针对常规的管材液压成形技术需 难以实行，目前较为广泛被整车厂所接受的是第 要昂贵的专用设备及模具、生产效率低等不足缺 二种方法，即在车身上采用空心结构件，通过使用 点，开发了一种简单实用、可在冲床或压力机上使 如扭力梁山、副车架)、仪表盘等变截面管空心结 用的管材冲击液压成形装置，可用于薄壁金属管 构件减重，因此研究管件液压成形工艺就显得尤为 材的自然胀形、轴压胀形和异形截面中空件的冲 重要 击液压成形6林艳丽等提出了采用一点法，仅需 管状试样胀形是一种先进的双向应力路径力 在胀形过程中测量最高点胀形高度，即可获得材 学性能测试方法，从20世纪70年代末德国就开始 料双向加载下的力学性能，为建立一个简单可靠 了内高压成形的基础研究)2000年Sokolowski 且能在线实时测量的材料力学性能测试方法奠定 等采用管材液压成形的实验数据进行了管件液压 了基础7 成形的数值模拟，证明了在模拟中使用管材液压 近年来，应用于汽车上的液压成形件的种类 成形实验数据得到的结果准确性更高2004年， 增多，对液压成形件的使用要求也越来越高，目前 Strano与Altan通过实验证明了管材液压成形实验 大量应用于汽车结构空心件的材料主要为低碳钢 得到的应力应变曲线相比较于传统的单向拉伸实 和合金，低碳钢虽易于加工成形但强度却不够高， 验得到的应力应变曲线更能反映管材的性能问 铝合金等材料虽然强度很高但是成本却不低，而 2008年，Velasco与Boudeau提出基于圆形轮廓面 高强钢除了强度较高以外，成本相对合金也较低， 的液压成形理论模型，20l4年，Saboori等通过比 因此成为一个研究的热点，但是有关高强钢的液 较低碳钢管和铝合金管的液压成形试验和单向拉 压成形性能和液压成形机理的研究却很少，本文 伸实验，提出一种方法，使用3D变形测量系统结 针对两种双相高强钢DP590和DP780,研究不同 合分析模型评估不同材料的应力-应变行为) 长径比和管径条件下焊接钢管的破裂失效行为、 Ci等探讨了双面管液压成形在方形截面模具中 壁厚分布、膨胀率变化的规律，为高强钢在工业领 的变形行为⑧.He等在假设轴向曲率半径为椭圆 域的广泛应用奠定基础 轮廓的基础上提出了管材液压成形的理论分析模 1实验材料和方法 型9，该模型依靠内压和胀形高度计算应力分量和 极点厚度，简化了计算u,2015年，Yang等通过比 1.1实验材料 较从各种应变路径获得的成形极限图(FLD),揭示 实验用材料为DP590和DP780两种管材，两 了改变应变路径的影响川.程鹏志等研制出了一 种管材均由板材经过卷管然后焊接得到，其规格 套约束边界清晰、加载精确的管材自由胀形试验 如表1所示（表中所有管径均为外径）.area of the tube is basically not thinned. The position of the minimum thickness is located in the heat-affected zone of the tube and the transition zone of the base body; the wall thickness reduction rate is the largest at the highest point of the bulging region, and the closer to  the  tube  clamping  zone,  the  smaller  the  wall  thickness  reduction  rate.  Finally,  the  following  conclusions  can  be  drawn:  the hydroforming experiment of the tube can accurately obtain the mechanical properties of the tube. Improving the welding quality could help to control the failure rupture position. A reasonable selection of the length-to-diameter ratio of the tube is beneficial to the tube overall  performance.  It  is  beneficial  to  reduce  the  risk  of  cracking  of  the  hydroformed  part  by  reasonably  controlling  the  thickness reduction rate of each part. KEY WORDS    high-strength steel；hydroforming；deformation behavior；length-to-diameter ratio；fracture pressure；thinning rate 随着社会对资源环境可持续发展的要求日益 高涨以及世界各国节能减排相关的法律法规的出 台，汽车行业面临着越来越大的压力，从能源的消 耗上看，轻质车身所消耗的化石燃料要远小于传 统车身的消耗，因此汽车行业发展的一个重点就 在于轻量化. 目前轻量化主要有两种解决方案：一 是通过使用轻质材料达到减轻车身的作用；二是 使用空心结构件来减轻车身重量. 基于第一种设 想曾提出过全铝车身的概念，但是由于成本过高 难以实行，目前较为广泛被整车厂所接受的是第 二种方法，即在车身上采用空心结构件，通过使用 如扭力梁[1]、副车架[2]、仪表盘等变截面管空心结 构件减重，因此研究管件液压成形工艺就显得尤为 重要. 管状试样胀形是一种先进的双向应力路径力 学性能测试方法，从 20 世纪 70 年代末德国就开始 了内高压成形的基础研究[3] . 2000 年 Sokolowski 等采用管材液压成形的实验数据进行了管件液压 成形的数值模拟，证明了在模拟中使用管材液压 成形实验数据得到的结果准确性更高[4] . 2004 年， Strano 与 Altan 通过实验证明了管材液压成形实验 得到的应力应变曲线相比较于传统的单向拉伸实 验得到的应力应变曲线更能反映管材的性能[5] . 2008 年，Velasco 与 Boudeau 提出基于圆形轮廓面 的液压成形理论模型[6] ；2014 年，Saboori 等通过比 较低碳钢管和铝合金管的液压成形试验和单向拉 伸实验，提出一种方法，使用 3D 变形测量系统结 合分析模型评估不同材料的应力−应变行为[7] . Cui 等探讨了双面管液压成形在方形截面模具中 的变形行为[8] . He 等在假设轴向曲率半径为椭圆 轮廓的基础上提出了管材液压成形的理论分析模 型[9] ，该模型依靠内压和胀形高度计算应力分量和 极点厚度，简化了计算[10] ；2015 年，Yang 等通过比 较从各种应变路径获得的成形极限图（FLD），揭示 了改变应变路径的影响[11] . 程鹏志等研制出了一 套约束边界清晰、加载精确的管材自由胀形试验 系统[12] . 2016 年，Ge 等针对管材液压成形的加载 路径进行了研究，提出了一种利用差分进化的多 目标优化，以获得内部压力和端部进给过程之间 的最佳协作[13] . Hashemi 等应用了基于修改的 M￾K 方法的用 于 FLD 确定的新校准方法预测 了 AA6063 和 AA6065 铝无缝挤压管的成形极限图 （FLD）并用实验成功验证[14] . 2017 年，Abdelkefi 等 对管材液压成形过程中角部填充规律进行了实验 研究[15] . 李坤等针对常规的管材液压成形技术需 要昂贵的专用设备及模具、生产效率低等不足缺 点，开发了一种简单实用、可在冲床或压力机上使 用的管材冲击液压成形装置，可用于薄壁金属管 材的自然胀形、轴压胀形和异形截面中空件的冲 击液压成形[16] . 林艳丽等提出了采用一点法，仅需 在胀形过程中测量最高点胀形高度，即可获得材 料双向加载下的力学性能，为建立一个简单可靠 且能在线实时测量的材料力学性能测试方法奠定 了基础[17] . 近年来，应用于汽车上的液压成形件的种类 增多，对液压成形件的使用要求也越来越高，目前 大量应用于汽车结构空心件的材料主要为低碳钢 和合金，低碳钢虽易于加工成形但强度却不够高， 铝合金等材料虽然强度很高但是成本却不低，而 高强钢除了强度较高以外，成本相对合金也较低， 因此成为一个研究的热点，但是有关高强钢的液 压成形性能和液压成形机理的研究却很少，本文 针对两种双相高强钢 DP590 和 DP780，研究不同 长径比和管径条件下焊接钢管的破裂失效行为、 壁厚分布、膨胀率变化的规律，为高强钢在工业领 域的广泛应用奠定基础. 1    实验材料和方法 1.1    实验材料 实验用材料为 DP590 和 DP780 两种管材，两 种管材均由板材经过卷管然后焊接得到，其规格 如表 1 所示（表中所有管径均为外径）. · 234 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期