管材钢JCO成型过程弯曲回弹分析.doc

1、1管材钢 JCO 成型过程弯曲回弹分析摘要：本文对弯曲成型的变形过程及回弹进行了研究。由于工件的最后形状是其整个成型历史的累积效应，影响回弹的因素很多，对于复杂的板料，在理论上准确计算回弹值比较困难。这里借助有限元仿真技术，以无底凹模的自由弯曲为研究对象，研究和分析了不同压下量的弯曲回弹的变化规律。 关键词：管线钢 有限元模型 弯曲回弹 1 管线钢介绍 从管线建设的发展趋势来看，X80 管线钢在工程上的应用将逐渐增加。X80 级管线钢的需求不断增长，原因是通过采用高钢级管线钢管提升管道输送压力可提高输送（天然气）效率和减薄管道壁厚，相应地减少焊接材料消耗，可以节省购买管线钢材和焊接材料费用，从

2、而节约建设输送管线的投资。 2 JCO 成型过程弯曲回弹分析 这次模拟采用各向异性较明显的 08AL 作为替代材料，建立有限元模型，用 dynaform 有限元分析软件，设置不同的条件（不同压下量、摩擦系数、凸模半径） ，进行模拟，并把模拟结果和实验进行对比，最后分析模拟结果。这对高强度管线钢板材的 JCO 成型过程中的弯曲回弹有一定的指导意义。 3 基于均匀设计的弯曲角的预测 23.1 基于均匀设计和回归分析的弯曲角的预测模型 3.1.1 均匀设计方法安排仿真试验。文中对回弹的预测研究多数集中在定性分析，或者是给出趋势的曲线图。事实上，实际生产中对回弹量和工艺参数的选择都是定量的。所以，只给

3、出定性的结果图，对实际生产的指导作用有限。实验结果是多个因素的影响，这些因素是相互联系、相互制约的，它们客观的作用在一个物体上，为了能够深入的了解其本质。为了能够更好的指导实践，本文将利用各工艺参数对回弹量的影响程度量化，建立他们之间关系的回弹量的预测数学模型。在大量的实验中，寻找在随机性后面的统计性规律，也就是进行回归分析。 3.1.2 建立模型（各向异性） 。这次试验和模拟采用的材料为 08AL，其中材料参数为：屈服强度 250Mpa，强度系数为 511.81 Mpa，弹性模量为 156.436Gpa，泊松比为 0.3，硬化指数为 0.19，0 度方向的各向异性为 1.64，45 度方向的

4、各项异性为 1.12，90 度方向的各向异性为 2.10。 3.1.3 建立模型（各向同性） 。各向同性模型的建立与各向异性基本相同，基本的材料参数均相同，只是各向异性指数不同，0 度、45 度、90 度三个方向的指数均为 1。 3.2 模拟结果均匀设计分析 通过均匀设计软件，采用多元回归的方法把上面已经模拟的 12 组数据的结果进行均匀设计，归纳出一个方程，然后就可以直接输入一些初始条件到弯曲角的结果。指标（y）：卸载后的弯曲角；因素（x1）：卸载前的中心角；因素（x2）：摩擦系数；因素（x3）：凸模半径。 3.2.1 均匀设计分析。指标数：1，因素个数：3，运行次数：12；3试验设计选用均

5、匀设计表 U12*（12 10） 。 各因素水平数相等。如下表 1 所示： 第一次建立回归方程 拟建立回归方程： =b（0）+ b（1）+b（2）f+b（3）Rp （1） 回归系数 b（i）： b（0）=184.27 b（1）=-1.0243 b（2）=20.460 b（3）=1.2161e-2 经分析，第 3 方程项对回归的贡献最小，对其进行显著性检验：检验值 F（3）=8.606e-2，临界值 F（0.05，1，8）=5.318，F（3）F（0.05，1，8） ，此方程项不显著，需要剔除。 第二次建立回归方程 第 1 次剔除不显著方程项，新建回归方程： = b（0） + b（1） + b（

6、2）f（2） 其中，回归系数 b（i）： b（0）=185.41 b（1）=-1.0220 b（2）=17.521 继续分析，第 2 方程项X（2）对回归的贡献最小，对其进行显著4性检验：检验值 F（2）=1.151，临界值 F（0.05，1，9）=5.117，F（2）F （0.05，1，9） ，此方程项不显著，需要剔除。 第三次建立回归方程 第 2 次剔除不显著方程项，新建回归方程： = b（0）+ b（1）（3） 回归系数 b（i）： b（0）=186.24 b（1）=-1.0131 对第 1 方程项X（1）进行显著性检验：检验值 F（1）=99.49，临界值 F（0.05，1，10）=4

7、.965，F（1）F（0.05，1，10） ，此方程项显著。 3.2.2 均匀设计结果。因变量的 y 的每一个观察值与对应的自变量x 之间的线性关系可表达为下面的回归模型： =186.24-1.0131（4） 卸载后的弯曲角 卸载前中心角 通过此公式就可以在该模型下预测卸载后的弯曲角。 3.3 实验结果的验证 将实验结果依次带入以上回归模型，计算出结果。模拟结果与实验结果的相对误差在 5%以内，说明了本文所建立的模型的正确性和准确性比较高。通过回归方程计算的弯曲角与实验值的相对误差最大误差为5.03%，这说明经过均匀分析和多元回归分析所建立的回归模型也具有很5高的准确性。 3.4 管线钢板材弯

8、曲回弹模拟 本部分主要对管线钢板材 X70 进行回弹分析，通过对 X70 建立有限元模型，用 dynaform 有限元分析软件，设置不同的条件（不同压下量、摩擦系数、凸模半径） ，进行模拟，并把卸载后的回弹角和实验进行对比，这对 JCO 成型过程中的卸载后的弯曲角的确定有很重要的指导意义。 材料模型的建立。材料参数：板料厚度为 19.1mm，压下量的范围为-6.33。杨氏模量为 245Gpa，泊松比 0.3，强度系数 893.9，硬化指数 0.0829。网格的划分，运动曲线的定义，模拟的过程可根据前述的原则定义。 结果分析。根据实验的中心角计算卸载后的弯曲角，并和模拟的卸载后的回弹角进行比较。

9、结果如下表 2 所示： 通过以上数据可以看出，工厂数据和模拟数据的相对误差最大值为6.05%，这说明所建立的模型是正确的。对 JCO 成型的生产具有一定的指导意义。 4 结论 本文对 08AL 在不同条件下（凸模半径、弯曲角、摩擦系数）卸载后的弯曲角进行了分析，之后又对模拟结果进行了均匀设计、多元回归分析，归纳出回归方程。本文还对高强度管线钢 X70 进行了回弹的模拟。并把卸载后的回弹角和工厂数据进行对比，发现模拟数据和工厂数据的相对误差最大值为 6.05%，这说明所建立的模型是正确的。对 JCO 成型的6生产具有一定的指导意义。 参考文献： 1戚鹏，辛献杰，王永智.工艺参数和材料性能对板料成形回弹的影响J.锻压装备与制造技术，2007（01）：37-40. 2张冬娟.板料冲压成形回弹理论及有限元数值模拟研究D.上海：上海交通大学，2006.9. 3罗晋平.有限元分析软件 dynaform 在冲压技术中的应用J.苏州职业大学学报，2005（2）：77-79. 4史艳莉，吴建军.各向异性屈服准则的发展及应用J.锻压技术，2006（1）：99-103. 5刘世豪，王东方，苏小平，唐绍华.基于 Dynaform 的汽车覆盖件冲压成形及回弹仿真的研究J.电加工与模具，2007（6）：53-58.