1、钢板弯曲变形规律研究院（系）名称：理 学 院专 业 名 称：工程力学学 生 姓 名： 指 导 教 师： 黑龙江科技学院毕业论文任务书学生姓名： 任务下达日期： 2011 年 11 月 23 日论文开题日期： 2012 年 3 月 15 日论文开始日期： 2012 年 2 月 28 日中期检查日期： 2012 年 5 月 9 日论文完成日期： 2012 年 月 日一、论文题目： 二、论文的主要内容：。三、预期目标：。指 导 教 师： 院（系）主管领导： 年 月 日 摘 要在球形和圆柱形容器预制时，大多根据经验进行冲压和卷制，很少依据实际变形规律进行系统研究，因此本文对钢板在发生弯曲变形时的规律进
2、行理论研究，为生产实际服务。主要对钢板的弯曲变形进行研究，分别是单曲率钢板弯曲和多曲率钢板弯曲。对钢板单曲率弯曲进行研究，研究 18 块钢板的冷弯，包括不同的钢板厚度，不同的弯曲半径，不同的弯曲角度，测量最大表面应变、II载荷位移关系、弹性后效的角度，检测为预测最大表面应变和弹性后效角度所选定的方程，将方程预测值与实验结果相比较，找出差异的原因。对钢板多曲率弯曲进行研究，通过对矩形板料双向弯曲收力和变形进行分析，通过实际工件成形试验分析，为具体评估材料的可弯曲性、计算成形所需的冲压力、设计模具、预报弯区和冲压后的回弹以提高产品的尺寸精度，确定成形后工件内的残余应力、防止在成形过程中产生裂纹和缺
3、陷以及预报和控制翘曲的产生。关键词 钢板 弯曲 变形规律 应力AbstractIn spherical and cylindrical containers of prefabricated, mostly based on experience, punching and rolling, with little real basis for a systematic study of deformation, this paper plate in the event of deformation of the theoretical research, for the productio
4、n of actual service. Mainly on the plate deformation research, which are single rate and multi-curvature bending steel plate bending. Single bending the steel to study, study of 18 cold-formed steel, including the different thickness of the plate, a different bend radius, bending different perspecti
5、ve, the largest measuring IIIsurface strain, load - displacement, elastic aftereffect point of view, for the detection Forecast for maximum flexibility and after-surface strain selected by the angle of the equation, the equation predictive value compared with the experimental results to identify the
6、 cause of the discrepancy. Bending the curvature of the plate more study, by two-way rectangular sheet metal bending to force and deformation analysis, through practical tests forming part of the materials for specific assessment can be bent, forming the necessary calculations-pressure, die design,
7、forecasting After stamping and bending areas to enhance the resilience of the size precision products, determined after forming part of the residual stress, prevent the process of forming cracks and flaws, as well as forecasting and control the selection of warping.Key words Plate Bending Deformatio
8、n law Stress目 录摘 要 .IABSTRACT.II第 1 章 绪 论 .11.1 研究的目的和意义 .11.2 钢板弯曲冲压制造工艺简述 .11.3 国内外研究状况 .21.4 本文的主要研究内容 .3IV第 2 章 塑性变形理论 .42.1 塑性变形的屈服条件 .42.1.1 Tresca 屈服条件 .52.1.2 Mises 屈服条件 .72.2 板料成形问题的求解方法 .82.2.1 切取微体法 .82.2.2 塑性材料力学法 .102.3 本章小结 .11第 3 章 板料弯曲变形应力分析 .123.1 弯曲的定义及变形过程 .123.2 板料弯曲变形区的应力应变分析及弯矩
9、的计算 .143.2.1 宽板弯曲变形区的应力应变分析及弯矩的计算 .163.2.2 窄板弯曲变形区的应力应变分析及弯矩的计算 .253.3 最小弯曲半径 .283.4 弯曲件的回弹 .29第 4 章 弯曲试验研究 .344.1 单曲率钢板实验研究 .344.1.1 最大表面应变 .374.1.2 板的位移 .394.2 钢板成形过程弹塑性研究 .444.2.1 冲压圆板在均布弯矩作用下的弹塑性变形分析 .454.2.2 高强钢材料变形模式及成行性能的影响因素 .504.2.3 板料冲压后的回弹规律 .514.3 本章小结 .53结论 .54致谢 .55参考文献 .56附录 1 .58附录 2
10、 .661目 录英文翻译2第 1 章 绪 论1.1 研究的目的和意义目前，我国炼油和煤液化技术迅速发展，因此需要一大批特大压力容器设备。这些大型的压力容器一方面对用材、设计、制造、检验、运输和安装提出了新要求，设备大型化首先在保证达到安全的情况下要求强度高的材料，以尽可能降低容器壁厚，达到减轻重量的目的，便于运输和安装。因此一大批新型材料应运而生，高强度钢作为其中一种材料，具有强度大，耐腐蚀等特点，目前是大型压力容器设备材料的主要发展方向。高强度钢板，含有0.002%0.08%的碳，具有实质上为铁素体相和贝氏体相的二相组织的金属组织。此铁素体相具有粒径 30nm 以下的析出物，屈服强度在 44
11、8MPa 以上。目前在作球型和圆柱型容器时制大多根据原有的经验进行冲压和卷制，然而对于新型材料没有原始的经验，本文对钢板在发生弯曲变形时的规律进行系统的研究，从而得出相应的数据，以便指导工程实际。1.2 钢板弯曲冲压制造工艺简述钢板冲压制造工艺是在室温下对各种不同规格的金属板料施加压力，使之发生塑性变形或分离，以获得所需形状的零件的一种加工方法。板料的弯曲基本可分为两种：压弯和滚弯 1。压弯是在压力机上借助于压弯模使板料、棒料或管材等类型的坯料产生弯曲变形的一种加工方法。当板料受外加弯矩作用发生弹性弯曲时，其主应力仅存在于圆弧切向上。板料内侧受压应力，外侧受拉应力，处于两侧之间过渡区的中性层，
12、其切向应力为零。随外加弯矩的增大，板料金属同时从两侧由表及里逐步达到屈服极限，最终整个断面进入塑性状态。沿直线弯板，有时会出现翘曲。这是由于板料弯曲时靠近外侧纤维沿纵向受到拉伸，而靠近内侧的纤维受到压缩，根据体积不变的前提条件，前者将在横向上收缩，而后者则在横向上膨胀。并于两端留适当的工艺余量，这样既可增加弯曲阻力又可使不参与弯曲的平直部分受到强有力的约束；其二是增加模具的刚度并进行压弯的瞬间对薄板施加较大的压力 2。滚弯是毛坯在滚弯轴的作用力和滚轴与板料之间摩擦的联合作用下，产生塑性弯曲并向前推进的一种成形方法。其原理如图 1-1 所示。3a)三轴滚弯 b）四轴滚弯图 1-1 滚弯原理图简形
13、箱体蒙皮常采用三轴滚弯机滚弯。通过调整滚轴的距离 L，是蒙皮达到所要求的曲率。三轴滚弯出的零件两端有直线段，其长度等于两个相邻滚轮之间轴心距的一半。确定零件毛坯的长度时，必须考虑这一工艺余量。各种型材框缘常采用四轴滚弯机滚弯。只要零件截面形状相同，采用通用四轮滚轴便可以加工出不同曲率的零件。以四轮滚弯机滚出的零件，理论上应该没有直线段，但实际上考虑到机床的精度、零件的回弹等因素的影响，毛料也必须留有工艺余量 3。1.3 国内外研究状况近年来，压力容器用钢的主攻方向是提高钢的纯净度，即采用各种先进的冶炼技术，最大限度地降低钢中的有害杂质元素，如硫、磷、氧、氢和氮等的含量。这些冶金技术的革新，不仅
14、明显地提高了钢的冲击韧性，特别是低温冲击韧性，抗应变时效性、抗回火脆性、抗中子辐照脆化性和耐蚀性，而且可大大改善其加工性能，包括焊接性和冷弯性能。比如说加氢反应器的用材。由于加氢反应器直径逐渐增大，其壁厚度有的已达到 300mm 以上，急需强度更高的材料。大型设备意味着规格大、器壁厚、重量大以及制造难度大和工作量大，因此制造技术的先进性、高效性显得尤为重要。以前，直至 20 世纪 90 年代末期，我国部分压力容器才开始采用应力分析设计，应力分析设计起步较晚。而国外早在 20 世纪 70 年代就采用此方法，应力分析设计方法对压力容器的应力加以分类，按不同的许用值来加以评定。常规设计方法是建立在第
15、一强度理论之上的设计方法，只考虑单一的最大载荷情4况，按一次加载处理，不考虑交变荷载，不计算容器的疲劳寿命。因此选择安全系数较大。而分析设计方法采用以极限载荷、安定载荷和疲劳寿命为界限的塑性失效与弹性失效准则，允许结构出现可控制的局部塑性区，允许对峰值应力部位作有限寿命设计。分析设计方法根据导致结构破环的危险性不同而对应力进行分类，对各类应力取不同的许用值进行应力评定，取较低的安全系数，但不降低设备的安全可靠性。采用应力分析设计方法，可以搞清应力分布情况，该薄的薄，该厚的厚，可比采用常规设计降低钢材的消耗量约 20%以上。但设计难度加大。应力分析设计方法对容器板壳的几何尺寸、应力集中、各种缺陷
16、以及成型过程等都有新的标准要求，这些要求都远远高于原来的普通设计方法。因此，要实现对容器分析设计方案，则对板壳制造工艺水平要求较高 4。1.4 本文的主要研究内容本文主要是从塑性成形的基本理论出发，运用塑性力学的分析方法，对钢板在发生弯曲变形时的应变、应力和回弹量进行系统研究，从而得出相应的数据以指导工程实际。主要内容如下：1推导宽板和窄板弯曲时的应力、应变分布规律及其弯矩的计算公式，介绍弯曲的变形特点，分析其失效形式并给出控制失效的措施。2研究 18 块钢板的冷弯，包括不同的钢板厚度，不同的弯曲半径，不同的弯曲角度，测量最大表面应变、载荷位移关系、弹性后效的角度，检测为预测最大表面应变和弹性后效角度所选定的方程，将方程预测值与实验结果相比较，找出差异的原因。3。.分析高强钢板冲压塑性变形过程中的应力应变关系, 通过对耦几何与物理非线性为一体的圆板力学分析模型的研究，对球罐壳板冲压成形过程中板料受力和变形进行分析。运用塑性弯曲理论，分析高强钢球罐壳板冲压塑性变形机理，针对成形工艺的特点，主要讨论板壳成形过程中的结构性问题,讨论板料塑性变形板内膜力对应力状态和变形状态的作用以及回弹规律。第 2 章 塑性变形理论
