金屬異型鋼管管材能夠滿足產(chǎn)品輕量化、強韌化和低消耗等要求，在航空航天、船舶、化工等高技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。隨著對產(chǎn)品成形精度要求的不斷提高，異型鋼管零件的空間形狀越來越復(fù)雜，加工難度也越來越大。管材塑性彎曲成形是一個集材料非線性、幾何非線性和邊界條件非線性于一體的復(fù)雜過程，彎曲成形后容易產(chǎn)生回彈、外側(cè)壁厚變薄甚至開裂、內(nèi)側(cè)壁厚增大乃至失穩(wěn)起皺、橫截面畸變等質(zhì)量缺陷。因此，利用科學(xué)的方法減少彎管成形缺陷對于提高彎管一次性成形率和裝配精度具有重要的理論意義和實用價值。

　　本文重點介紹了管材力學(xué)性能參數(shù)確定、彎管成形質(zhì)量理論計算模型構(gòu)建、管材彎曲有限元模型建立、彎管成形質(zhì)量的影響因素及影響規(guī)律分析以及工藝參數(shù)優(yōu)化技術(shù)等。主要研究內(nèi)容如下：

　　(1)通過管段拉伸試驗分析管材力學(xué)性能變化規(guī)律，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的管材力學(xué)性能參數(shù)確定方法，為提高成形質(zhì)量預(yù)測精度奠定了基礎(chǔ);應(yīng)用塑性成形原理建立管材沿切向和周向的力學(xué)平衡微分方程，分析了管材彎曲過程中的應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài);提出應(yīng)變中性層和應(yīng)力中性層位置的計算方法，在此基礎(chǔ)上，求得管材塑性彎曲力矩。

　　(2)分析了管材塑性彎曲成形后的回彈、橫截面畸變和壁厚變化產(chǎn)生機理，提出并構(gòu)建了基于管材本構(gòu)關(guān)系的回彈預(yù)測模型，從力學(xué)性能的角度解釋了回彈的產(chǎn)生機理;建立了考慮橫截面畸變的三向應(yīng)變公式，根據(jù)管材彎曲變形特點.推導(dǎo)出彎管橫截面內(nèi)、外徑短軸變化率的理論計算公式;在考慮橫截面畸變交互影響的前提下，推導(dǎo)出壁厚變化計算公式，分析了管材彎曲成形極限。

　　(3)基于數(shù)值模擬技術(shù)實現(xiàn)異型鋼管塑性彎曲成形過程有限元建模，建立包括材料參數(shù)、幾何參數(shù)和工藝參數(shù)在內(nèi)的全參數(shù)化有限元模型，分析彎管成形過程中的應(yīng)力一應(yīng)變分布狀態(tài)，驗證理論分析的正確性;通過1.S-PREPOST二次開發(fā)實現(xiàn)彎管成形質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動提取，并利用反算法和坐標(biāo)變換實現(xiàn)多彎段管材的空間形態(tài)預(yù)測。

　　(4)在管材塑性彎曲成形有限元模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，針對各參數(shù)對彎管成形質(zhì)量的影響規(guī)律進行分析研究。分祈認(rèn)為，芯軸間隙、芯軸伸出量、壓模壓力和助推力是影響彎管成形質(zhì)量顯著的工藝參數(shù);根據(jù)管材彎曲力矩建立管材力學(xué)性能參數(shù)、幾何參數(shù)以及彎曲半徑等與壓模壓力的函數(shù)關(guān)系，解決了壓模壓力初值和助推力取值范圍難以確定的問題，以四個顯著性工藝參數(shù)為優(yōu)化對象，以壁厚減薄率、橫截面畸變率和起皺值小為優(yōu)化目標(biāo)，實現(xiàn)基于試驗、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與粒子群優(yōu)化算法的管材彎曲工藝參數(shù)優(yōu)化策略。

　　(5)基于以上研究成果，以管材彎曲工藝數(shù)據(jù)庫為支撐，開發(fā)了管材彎曲成形質(zhì)量預(yù)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了該系統(tǒng)與其他各分系統(tǒng)的集成運行和資源共享，后結(jié)合應(yīng)用實例對研究成果進行了驗證。 以上是異型鋼管的塑性能力