极小曲率半径管充液剪切弯曲的成形机理研究

针对航空发动机、小型无人驾驶机对极小曲率半径管的需求申请人提出管材充液剪切弯曲成形的新方法，它比采用传统弯曲工艺加工所得的曲率半径可小一倍，制品占有空间可小四倍。新方法的特点是改变传统弯曲工艺的外侧受拉，内侧受压变形机制为剪切变形机制，解决了传统弯曲工艺外侧严重变薄甚至开裂而不能实现小曲率半径弯曲的难题。通过向管内充入一定内压的液体作为支撑，实时控制液体压力、轴向力和剪切力来调整成形区的应力状态，从而克服了采用芯棒支撑剪切弯曲成形时的内侧起皱和横截面畸变。以塑性力学为基础，采用数值模拟和实验研究相结合的方法，系统研究充液剪切弯曲过程中液体压力、轴向力和剪切力共同作用下的应力应变及塑性变形行为。阐明管材充液剪切弯曲的缺陷形成机制及临界条件，揭示管材不同部位在充液剪切弯曲时的塑性变形发生发展过程与应力、应变状态变化、壁厚分布及微观组织变化等规律，为管材充液剪切弯曲成形奠定理论基础。

针对航空发动机、小型无人驾驶机对极小曲率半径管的需求，提出了管材充液剪切弯曲成形新方法。新方法的特点是改变传统弯曲工艺的外侧受拉，内侧受压变形机制为剪切变形机制，解决了传统弯曲工艺外侧严重变薄甚至开裂而不能实现小曲率半径弯曲的难题。通过向管内充入一定内压的液体作为支撑，实时控制液体压力、轴向力和剪切力来调整变形区的应力状态，从而克服了采用芯棒支撑剪切弯曲成形时的内侧起皱和横截面畸变。以塑性力学为基础，给出了充液剪切弯曲过程中剪应力、剪应变的解析式；采用数值模拟和实验研究相结合的方法，系统研究了充液剪切弯曲过程中液体压力、轴向力和剪切力共同作用下的应力应变及塑形变形行为。阐述了管材充液剪切弯曲的缺陷形成机制及临界条件，揭示了管材不同部位在充液剪切弯曲时的塑性变形发生发展过程与应力、应变状态变化、壁厚分布及微观组织变化等规律。为了更加清楚的揭示充液剪切弯曲成形规律，验证剪应力只在侧面分布的假设，进一步抽象和简化所研究的剪切弯曲模型，结合矩形管的应用背景，提出矩形管充液剪切弯曲成形新方法。开展了铝合金矩形截面管充液剪切弯曲成形数值模拟和实验研究，研究了矩形管充液剪切弯曲的缺陷形成机制及临界条件，分析了内压和补料比对缺陷产生的影响；揭示了矩形管不同部位在充液剪切弯曲时的塑性变形发生发展过程与应力、应变状态变化、壁厚分布及微观组织变化等规律。重新设计和制造了矩形截面管的模具，开展了矩形截面管充液剪切弯曲实验，获得了不同条件下的试件，采用网格应变测试技术，获得了弯曲过程中塑形变形行为，为充液剪切弯曲过程中剪应力、剪应变的解析提供实验验证数据。通过对圆管和矩形管充液剪切弯曲成形规律的研究，为管材充液剪切弯曲成形奠定理论基础。