第1章 金属管材制造及其力学性能

1．1 管材的用途及其制造工艺

1．1．1 无缝金属管的特点、分类及其用途

1．1．2 金属管材制造工艺简介

1．2 管材拉伸类力学性能及研究

1．2．1 小直径管材轴向拉伸试验

1．2．2 管材轴向拉伸的应力应变分析及其通解

1．2．3 管内侧壁无径向位移的拉伸应力应变解析

1．2．4 管内、外侧壁均向心移动的拉伸失稳应力解析

1．2．5 管内、外侧壁相向移动的拉伸颈缩应力解析

1．2．6 管材拉伸平面应力解

1．2．7 管段环向拉伸试验及有限元分析

1．3 管材压缩类力学性能测试及研究

1．3．1 管材轴向压缩试验

1．3．2 管段径向压缩试验

第2章 管材弯曲工艺、模具及设备

2．1 管材弯曲概述

2．1．1 弯管形构件的用途及其未来的应用前景

2．1．2 管材弯曲工艺及其特点

2．2 管材弯曲成形方法及分类

2．2．1 管材常规无芯弯曲

2．2．2 管材填充弯曲

2．2．3 加热弯曲

2．2．4 管材数控弯曲成形

2．2．5 特种弯管工艺简介

2．3 异形截面管及其弯曲

2．3．1 异形截面管的分类、特点及用途

2．3．2 矩形截面管弯曲简介

2．3．3 异形截面管弯曲简介

2．4 弯曲模具及弯管机简介

2．4．1 回转牵引弯曲模具简介

2．4．2 普通弯管机简介

2．4．3 数控弯管机简介

2．4．4 管形测量机及其应用现状

第3章 管材弯曲成形原理及其力学分析

3．1 管材弯曲成形原理

3．1．1 管材弯曲变形规律

3．1．2 管材的材料模型讨论

3．1．3 管材弯曲力矩的近似解

3．2 管材弯曲应力应变分析

3．2．1 管材弯曲的简单应力解（初等理论）

3．2．2 刚塑性管材弯曲平面应变解

3．2．3 线性强化管材弯曲平面应变解

3．2．4 幂强化管材弯曲的平面应变解

3．3 管材回转牵引弯曲刚塑性平面应变分析

3．3．1 考虑弯模反力及附加拉力的应力解析

3．3．2 弯曲变形分析

3．4 数控弯管附加拉力的分析

3．4．1 具有附加拉力管材弯曲的应力解析

3．4．2 弯曲应力分布的有限元分析

3．4．3 附加拉力对管材弯曲变形的影响

3．4．4 弯管附加拉力的控制

3．5 管材弯曲中性层分析

3．5．1 管材弯曲中性层的分类及特点

3．5．2 弯管壁厚变化对应变中性层位移的影响

3．6 矩形截面管塑性弯曲的近似分析

3．6．1 矩形截面管塑性弯曲应力分析

3．6．2 矩形截面管弯曲变形分析

3．6．3 矩形截面管弯曲的有限元分析

3．7 管材弯曲成形性及影响因素

3．7．1 管材力学性能对弯曲成形性的影响

3．7．2 管材相对壁厚对弯曲成形性的影响

3．7．3 弯模间隙对弯曲成形性的影响

3．7．4 弯曲速度对弯曲成形性的影响

3．7．5 助推方式对弯曲成形性的影响

3．7．6 摩擦对弯曲成形性的影响

第4章 管材弯曲有限元模拟

4．1 有限元技术简要概述

4．1．1 有限元理论的发展

4．1．2 有限元模拟的基本思想和实施步骤

4．1．3 有限元模拟在管材弯曲中的应用

4．2 管材弯曲有限元仿真前处理

4．2．1 管材弯曲CAD简化模型

4．2．2 网格划分与单元技术

4．2．3 材料模型

4．2．4 接触与摩擦

4．2．5 边界条件及求解参数设置

4．3 管材弯曲有限元模型提交、运算及后处理

4．3．1 管材弯曲求解描述及其算法

4．3．2 管材弯曲有限元仿真后处理

4．3．3 异形截面管弯曲的有限元模拟应用实例

4．4 管材弯曲有限元仿真的现存问题及发展趋势

第5章 管材弯曲成形缺陷的产生及预测和控制

5．1 弯曲成形质量、缺陷及分类

5．1．1 管材弯曲成形质量

5．1．2 管材弯曲质量缺陷及分类

5．2 弯管壁厚变化及其预测

5．2．1 弯管壁厚变化的形成机制

5．2．2 弯管壁厚变薄及拉裂

5．2．3 弯管壁厚增厚及起皱

5．3 弯管横截面扁平化畸变及其预测

5．3．1 弯管横截面扁化畸变及其形成

5．3．2 弯管横截面扁平化畸变分析

5．3．3 弯管横截面扁化畸变的理论分析

5．3．4 变形条件对弯管横截面畸变的影响

5．4 弯管回弹及其预测

5．4．1 管材弯曲回弹及其形成

5．4．2 线性强化管材弯曲回弹的简化解析

5．4．3 幂强化管材弯曲回弹的数值解

5．4．4 幂强化管材弯曲回弹的工程解

5．4．5 弯管横截面畸变干涉的弯曲回弹解析

5．4．6 数控弯管中附加拉力及应变中性层位移对弯曲回弹的影响

5．4．7 材料性能及变形条件对弯管回弹的影响

5．4．8 浅析滞后回弹现象及其起因

5．5 弯管成形缺陷的控制

5．5．1 弯管壁厚变化的控制

5．5．2 弯管横截面畸变的控制

5．5．3 弯管回弹的预测及补偿控制

第6章 管材弯曲成形性及成形极限

6．1 管材塑性弯曲成形极限分析

6．1．1 变形的塑性极限与塑性成形极限

6．1．2 管材弯曲成形性及成形极限

6．1．3 管材弯曲质量对成形极限的约束

6．2 管材力学性能与弯曲成形极限

6．2．1 伸长率与最小相对弯曲半径

6．2．2 应变强化系数与最小相对弯曲半径

6．2．3 抗拉强度与最小相对弯曲半径

6．3 弯管变形缺陷限制的工程弯曲成形极限

6．3．1 弯管壁厚变形对工程弯曲成形极限的制约

6．3．2 弯管横截面扁化对工程弯曲成形极限的制约

6．3．3 弯管横截面内、外形畸变对工程弯曲成形极限的制约

6．3．4 弯管缺陷的关联性与弯曲成形极限

第7章 管材弯曲研究的简单回顾、现状及发展

7．1 管材弯曲理论及成形缺陷的研究

7．1．1 管材弯曲变形机理及有限元模拟的研究

7．1．2 弯管壁厚变化的研究

7．1．3 弯管横截面扁化畸变的研究

7．1．4 弯管回弹的研究

7．2 管材弯曲工艺的研究

7．2．1 管材弯曲工艺方法的研究

7．2．2 管材弯曲工艺条件的研究

7．3 管材弯曲技术研究的发展

7．3．1 管材弯曲技术的发展方向

7．3．2 管材弯曲理论研究的发展方向

结束语

参考文献

作者发表的与管材弯曲相关的论文及著作2100433B

《金属管材弯曲理论及成形缺陷分析》以管材弯曲的工程理论为主，结合弯管生产实践系统地介绍了当前管材弯曲技术的发展与应用。同时，汇集了者在国家自然科学基金和国防基础研究中的大量管材弯曲试验、有限元分析结果，整理了者本人在国内外发表的50余篇管材弯曲研究论文（其中，EI、SCI检索近40篇），引入滞后回弹的探讨，并参考国内外相关科技资料，较为系统地研究了管材弯曲变形机理、弯曲过程中的应力应变分布，以及成形过程中各种类型缺陷的产生原因及预测、补偿和控制方法。书中论述的部分研究结果和结论经过航空航天企业生产现场的初步验证，修正后的结果具有相应的可实践性。另外，书中还包括与另一位美籍华人学者Dr.DaiunZhou长期协作探讨的共识，并且Dr.Zhou在管材弯曲有限元分析方面提出了许多颇有新意的见解并提供了一些具有参考意义的资料，使得《金属管材弯曲理论及成形缺陷分析》具有较强的国际交流色彩，可与该领域的国际领先技术接轨。本作不仅可作为科研机构、理工科高等院校及大专院校师生的研究及教学参考资料，亦可作为工程实践技术人员参考使用之典籍。

金属管材已在航空航天、船舶、化工、汽车等高技术领域得到了广泛应用。然而由于管材塑性弯曲成形是一个典型的非线性变形过程，影响因素错综复杂，弯曲成形后很容易产生回弹、截面畸变、外侧壁厚变薄甚至开裂、内侧壁厚增大甚至起皱等质量缺陷，严重影响弯管零件的装配和使用。基于此，本书主要从管材材料参数、弯管缺陷产生机理、弯管成形质量预测、工艺参数优化等方面对弯管的成形过程进行深入分析和研究，以期对相关技术人员提供参考。

第1章绪论

1.1引言

1.1.1研究背景

1.1.2管材塑性弯曲成形常见缺陷及预防

1.2管材塑性弯曲成形国内外研究现状

1.2.1管材本构关系研究

1.2.2管材弯曲成形缺陷研究

1.2.3管材塑性弯曲成形质量预测技术

1.2.4管材塑性弯曲成形工艺参数优化技术研究

1.3问题与缺陷

1.4本书研究内容与体系结构

1.4.1研究内容

1.4.2体系结构

本章小结

第2章管材塑性弯曲成形基础理论研究

2.1引言

2.2管材力学性能分析

2.2.1管材本构关系描述

2.2.2管材力学性能参数分析

2.2.3管材力学性能参数确定

2.3管材塑性弯曲成形过程中的应力应变分析

2.3.1屈服准则

2.3.2基本假设

2.3.3应力状态分析

2.3.4应变状态分析

2.4管材塑性弯曲中性层位置分析

2.4.1应变中性层位置分析与计算

2.4.2应力中性层位置分析与计算

2.5管材塑性弯曲力矩计算

本章小结

第3章管材塑性弯曲成形质量的理论模型构建

3.1引言

3.2管材塑性弯曲回弹分析与计算

3.2.1管材塑性弯曲回弹分析

3.2.2回弹角度计算

3.2.3回弹半径计算

3.3管材塑性弯曲横截面畸变分析与计算

3.3.1管材塑性弯曲横截面畸变分析

3.3.2管材塑性弯曲横截面短轴变化率计算

3.3.3横截面畸变约束的弯曲成形极限

3.4管材塑性弯曲壁厚变化分析与计算

3.4.1管材塑性弯曲壁厚变化分析

3.4.2管材塑性弯曲壁厚变化计算

3.4.3壁厚变化率约束的弯曲成形极限

3.5计算结果实例验证

3.5.1回弹角度实例验证

3.5.2横截面畸变率实例验证

3.5.3壁厚变化率实例验证

本章小结

第4章管材塑性弯曲成形过程建模与质量预测

4.1引言

4.2管材塑性弯曲成形有限元建模

4.2.1管材数控弯曲成形工艺过程分析

4.2.2全参数化有限元建模方法

4.2.3管材数控弯曲成形过程建模

4.2.4有限元模型验证

4.3管材塑性弯曲成形过程中的应力应变分布

4.3.1应力分布规律

4.3.2应变分布规律

4.4管材塑性弯曲成形质量预测与质量评价

4.4.1管材塑性弯曲成形质量预测

4.4.2管材塑性弯曲成形质量评价

4.4.3成形质量数据管理

本章小结

第5章管材弯曲成形工艺参数优化

5.1引言

5.2管材弯曲成形影响因素及影响规律分析

5.2.1管材弯曲成形影响因素分析

5.2.2不可控因素对弯管成形性的影响

5.2.3可控因素对弯管成形性的影响

5.3工艺参数对弯管成形质量的显著性分析

5.3.1工艺参数显著性分析方法

5.3.2正交模拟试验设计

5.3.3正交试验结果分析

5.4管材弯曲工艺参数的多目标优化

5.4.1管材弯曲工艺参数优化模型

5.4.2工艺参数优化策略及优化方法

5.4.3弯管成形RBF神经网络建模

5.4.4多目标优化问题及求解方法

5.4.5基于粒子群算法的工艺参数优化

5.5实例验证与分析

本章小结

第6章管材弯曲成形质量预测系统开发与应用

6.1引言

6.2系统设计

6.2.1系统开发与运行环境

6.2.2系统开发模式

6.2.3系统功能结构

6.3系统集成与接口技术

6.4系统知识管理

6.4.1力学仿真工艺数据管理

6.4.2缺陷分析与经验知识管理

6.5管材弯曲成形质量预测实例

6.5.1管材信息提取

6.5.2有限元全参数化建模

6.5.3成形质量预测与综合评价

本章小结

第7章结论与展望

附录主要符号表

参考文献 2100433B

先进高强钢板小圆角拉弯成形开裂问题突出，导致车身安全构件成形质量下降、制造成本上升。小圆角拉弯成形中板材受到面外弯矩与非均匀厚向应力作用，造成面内外加载耦合、分层硬化显著，使得成形颈缩失效行为表现出强烈的弯曲效应。传统成形极限理论基于面内拉伸变形与厚向均匀硬化假设，无法准确描述颈缩失效的弯曲效应。本项目拟引入面外弯曲与面内拉伸变形的耦合作用以及沿板材厚度方向的非均匀硬化特性描述，建立弯曲效应下板材成形颈缩失效分析新方法，揭示先进高强钢板成形颈缩失效弯曲效应问题的机理，扩展基于面内变形模式的传统成形极限理论。建立适用于高强钢板小圆角拉弯成形的颈缩失效判据，提出基于顶层极限应变的拉弯成形极限图（BFLD），能精确计算沿板厚方向顶层、中性层和底层材料的极限应变，提高先进高强钢构件成形失效的预测精度。设计并建立符合典型小圆角拉弯加载条件的拉弯成形极限实验测试方法，为理论预测和工程应用提供准确依据。