有限元弯管稳定性的模拟分析+文献综述(3)
3 研究方案
本设计利用3Dmax2012建模，再将建好的模具导入到Deform3D 6.1或Simulia Abaqus6.10以上版本、Simufact.forming 9.0、Ansys、MSC.MARC2007等模拟软件内进行模拟分析。注：本设计采用Deform3D 6.1进行模拟分析。
3.1 研究方案
通过对模拟参数的设置：模拟长度不限钢种为Q235、304、规格范围为10~250.2~3.0mm、弯曲速度0.5rad/sec、弯曲角为90以及弯曲内半径0.5D的钢管，进行空心弯曲。再进行对象模拟，完成不同材质、壁厚、弯曲半径下的变形稳定性数据和图像采集。 最后对模拟结果进行分析讨论，给出分析结论和规律总结。
主要进行以下研究工作：① 对弯管变形过程及力学模型等根本问题进行认真分析研究。② 三文动力模型与有限元模型等有限元关键技术问题的处理方法。利用现有的有限元分析软件 Deform-3D对弯管工艺进行分析。③对计算机模拟的结果进行分析，确定工艺参数对成形的影响规律以及确定缺陷临界参数。
注：本设计采用三种规格的钢管，分别为：⑴管径×壁厚为10mm×0.2mm；⑵管径×壁厚为18mm×1.5mm；⑶管径×壁厚为25mm×3mm。采用相对弯曲半径D/ d0为1.5、2、3，确定弯曲半径。
3.2 两种材质
3.2.1 Q235碳素结构钢
GB700-88标准中碳素结构钢Q235按冶金质量分为A、B、C、D四个等级，各等级的钢种含Si量均为0.3%，区别在于含碳量和硫、磷含量的不同。AB级含碳量为0.14%~0.22%和0.12%~0.20%，C、D级含碳量为≦0.18%、≦0.17%，A级的含Mn量最小，D级S、P含量最小。如下表3-1所示。
表3-1 Q235钢管的化学成分和力学性能
钢种 力学性能 化学成分
屈服强度MPa抗拉强度MPa伸长率
3.2.2 304奥氏体不锈钢
304奥氏体不锈钢是一种使用量较大，应用范围较广的常见不锈钢。304不锈钢属美国AISl300系，相当于中国的0Crl8Ni9钢。304不锈钢含铬18％，镍9％，其具体化学成分如表所示。
表3-2 304不锈钢化学成分
化学成分 C Ni Cr Mn Si S P
含量（﹪） 0.008 8.0-10.0 18-20 2.0 1.0 0.03 0.035
304不锈钢作为最常见的钢种以其良好的耐腐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能被广泛地用于汽车零部件、医疗机械、建筑材料、化学、食品工业、纺织等行业。然而304不锈钢本身也存在一些不足，表面硬度低，耐磨性差，在含有氯离子的环境中易生锈等。
304不锈钢具有良好的力学性能，一般是作为结构材料使用的。即使具有非常高的屈服和抗拉强度，304不锈钢也仍能保持良好的塑性和韧性。表3-3列出了304不锈钢在退火状态下的力学性能。表3-3所示：
表3-3 304不锈钢室温力学性能
牌号AISI 抗拉强度（MN/m2） 屈服强度（MN/m2） 延伸率（﹪） 硬度（HRB）
304 579.2 289.6 55 2.0
3.3 参数设置
具体参数设置如下表所示：
表3-4 不同弯曲半径参数设置
管径×壁厚/mm 钢管材质 弯曲速度rad/sec 弯曲半径/mm 弯曲角度/
10×0.2 Q235 0. 2 15 20 30 90
18×1.5 Q235 0.2 25 30 40 90
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