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破裂失效作为管材液压胀形过程中一种不可恢复的失效形式,应被尽量避免。成形极限图(Forming limit diagram,FLD),作为评价管材在胀形过程中最大变形量的指标,引起了大众的关注。近年来,国内外学者对其进行了大量的研究,然而却少有学者在研究中考虑管材存在的壁厚非均匀现象。事实证明,管材的初始壁厚非均匀,对其成形极限有较大的影响。因此,构建壁厚非均匀管材的成形极限图,并研究壁厚非均匀对管材成形极限图的影响规律具有重要意义。 本文分别运用理论分析、试验研究、有限元模拟仿真三种方法构建了壁厚非均匀管材拉-压区成形极限图,并将试验方法获取的FLD分别与理论获取的FLD和有限元模拟获取的 FLD 进行对比,研究了壁厚非均匀对拉-压区成形极限图的影响规律。主要从以下几个方面进行相关研究:(1)通过M-K理论结合Hill48失稳准则和粘塑性本构方程,对SUS304管材的拉-压区成形极限进行理论预测,构建出理论方法下的拉-压区FLD,并探究初始厚度不均度对材料成形极限的影响规律;(2)分析管材胀形区单元的受力情况,确定管材轴压胀形为试验方式,构建出试验法下拉-压区FLD;(3)针对试验所用管材存在的壁厚非均匀现象,建立壁厚偏差模型,并通过设计不同的截面参数来表征实际存在的壁厚偏差,利用 ABAQUS 建立管材轴压胀形有限元模型,对试验过程进行模拟,并通过三种失稳准则(应变改变量法、应变速率法、应变路径法)提取破裂时刻极限应变值,构建出有限元仿真法下的拉-压区成形极限图,并与试验结果进行对比,分析了壁厚偏差对拉-压区 FLD 的影响规律。 研究结果表明:(1)通过M-K理论预测的材料的成形极限与初始厚度不均度 f0有直接关系,f0越大,材料的成形极限越高;随着f0下降,材料的成形极限曲线下降的幅度越来越小,慢慢接近重合。当f0=0.97时,理论预测曲线与试验数据较为吻合;(2)三种失稳准则获取的同一模型的破裂时刻的极限应变数据相差不大;(3)对于壁厚均匀模型而言,在其他外界条件不变的情况下,随着壁厚的增加,材料的成形极限上升;对于壁厚偏差模型而言,开裂的位置总是在最薄的位置(即内轮廓椭圆的长轴处)。保持最大壁厚不变,随着壁厚偏差率的减小,材料的成形极限增大;(4)壁厚偏差模型和试验的成形极限曲线相对于均匀模型来说,平面应变点有向左上方偏移的现象。