● 摘要
在航空、航天与汽车等工业制造领域，如何有效地减轻结构的重量，以达到节能和环保的要求，始终是一个长期不懈追求的目标。管材充液成形技术是以轻量化和一体化为特征的一种生产空心变截面轻体构件的先进制造技术，越来越受到人们的关注。管材充液成形过程受到很多因素的影响，其中内压力与轴向位移之间的匹配关系尤为重要，如何找出两者对成形性能的影响规律并对两者的匹配关系进行合理优化是管材充液成形技术所要解决的重要问题。本文概述了管材充液成形过程中常见的几种失效形式，对管材充液成形过程进行了受力分析，得出了应力应变关系，从本质上揭示了管材充液成形工艺管材变形过程的力学规律。运用拉伸失稳和压缩失稳理论探讨了加载路径与成形极限之间的关系。研究了管材充液成形过程提高成形极限的机理，得出了管材充液成形过程中材料的变形规律和控制加载路径的基本原则。通过研究成形过程中各典型应力状态在屈服椭圆上的分布，得出了管材发生塑性变形时内压力和轴向力的相互关系。在此基础上，本文运用动力显式有限元分析软件DYNAFORM对航空用铝合金管接头零件的成形过程进行了数值模拟分析和试验研究。主要针对影响零件成形性能的加载路径和材料性能参数(n值和r值)等因素进行了模拟分析，得到了在不同成形条件下零件的成形状态、应力应变状态和壁厚分布等结果。本文根据管材充液成形工艺的特点和具体的试验条件，运用正交试验设计法，基于有限元数值模拟这一虚拟试验平台，对成形过程进行了优化。实现了管材充液成形过程中的成形压力、轴向进给位移、整形压力和摩擦系数四个工艺参数的最优化，找到了这些工艺参数对成形过程的影响规律。最终通过工艺试验验证了数值模拟的可参照性和优化结果的准确性。