基于比例随动强化材料模型的拉弯力学建模及弹复通解

Prediction of springback is always the key issues to be solved in the profile stretch-bending technique. Because of various kinds of profile and different loading modes, the past research mainly focused on the profile with some given cross-section or some given technology scheme. The universal analytic method of profile stretch-bending springback is still without absence, the efficiency of new product R&D and process planning is hindered. In this subject, the profile with any section and different loading paths are taken as the research objects. The common problem research on loading and springback of profile stretch-bending is carried out based on new proportional kinematic hardening material model and the pringback theory of plane bending. The mechanical models of loading and unloading are established. The deformation states are classified into different states, and all state discriminants are obtained. The universal equation set of stretch-bending springback is obtained. The experimental and numerical research is carried out to verify this theory. The engineering software used for optimizing stretch-bending process parameters is developed based on the above theoretical results. This research will reveal the common mechanism of stretch-bending loading and springback, provide a universal analytic method for profile stretch-bending springback and realize the quantitative optimization of stretch-bending process parameters. The results have certain academic and engineering significance.

弹复的预测一直以来都是型材拉弯工艺中的难题。由于型材种类和拉弯加载方式均具有多样性，目前关于拉弯弹复的研究大都是针对某具体的产品和工艺方案，尚缺乏普遍适用的拉弯弹复解析方法，制约着产品研发和工艺制定效率的提高。本项目将以任意的等截面型材和不同的加载路径作为研究对象，引入新的比例随动强化材料本构模型，基于小曲率平面弯曲弹复理论，开展型材拉弯加载及弹复的共性问题研究，建立加载和卸载过程的力学模型，实现不同路径加载时拉弯变形的统一归类和判别，推导通用的型材拉弯弹复解析方程。通过物理实验和数值模拟手段对理论解析结果进行验证和评估。开发型材拉弯工艺参数优化工程软件。项目预期将揭示不同加载路径下拉弯加载及弹复的共性力学机理，确立拉弯弹复预测的通用解析方法，实现拉弯工艺参数的定量优化，兼有学术研究价值和工程指导意义。

由于型材种类和拉弯加载方式均具有多样性，目前关于拉弯弹复的研究大都是针对某具体的产品和工艺方案，尚缺乏普遍适用的拉弯弹复解析方法，制约着产品研发和工艺制定效率的提高。.本项目以任意的等截面型材和不同的加载路径作为研究对象，引入了新的比例随动强化材料本构模型，基于小曲率平面弯曲弹复理论，开展了型材拉弯加载及弹复的共性问题研究，建立了加载和卸载过程的力学模型，实现了不同路径加载时拉弯变形的统一归类和判别，得到了通用的型材拉弯弹复解析方程。开发了型材拉弯工艺参数优化工程软件。.项目研究成果揭示了不同加载路径下拉弯加载及弹复的共性力学机理；确立拉弯弹复预测的通用解析方法，通过修正理论模型，使得物理实验、有限元模拟和理论解析所获得的弹复结果相对偏差小于5%；开发型材拉弯工艺参数优化的工程软件，当给定某一型材和加载路径时能输出拉力和弯曲半径对弹复后曲率的影响规律曲线，实现拉力和弯曲半径的定量优化。.项目创新性及意义所在：（1）本项目的研究对象是任意形状的等截面型材和不同的加载路径，突破“就事论事”的局限性。因此，研究结果在拉弯工艺中具有普遍适用性。(2)本项目首次引入“比例随动强化材料本构模型”和“小曲率平面弯曲弹复理论”来求解拉弯的弹复问题，比例随动强化模型较经典随动强化模型和简单随动强化模型更具一般性，将适用于不同的材料，获得较精确的预测结果。而小曲率平面弯曲弹复理论的应用更加明确了不同加载路径下拉弯弹复解析的统一思路。(3)本项目的研究为型材拉弯提供一种有效的工艺参数优化方法。为新产品的研发和工艺参数的制定提供手段，具有可观的应用前景。