管件電磁縮徑失穩(wěn)判據(jù)及變形分析.pdf

1、電磁成形是利用磁場(chǎng)力對(duì)金屬坯料進(jìn)行塑性加工的高能、高速率加工方法，與常規(guī)成形工藝相比有諸多優(yōu)點(diǎn)，為高強(qiáng)度、難成形材料開(kāi)辟了新的加工途徑。由于磁場(chǎng)力是瞬時(shí)衰減的脈沖載荷，在管件軸向上分布不均勻，并且存在不均勻起皺變形，使電磁縮徑的變形規(guī)律及壓縮失穩(wěn)判定問(wèn)題的研究非常棘手。本文通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究的方法，對(duì)脈沖磁場(chǎng)力作用下管件縮徑成形的壓縮失穩(wěn)判據(jù)、動(dòng)態(tài)變形規(guī)律、變形均勻性和放電能量預(yù)測(cè)等內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　首先給出

2、了電磁—結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)有限元數(shù)值模擬的理論基礎(chǔ)，包括電磁場(chǎng)模型的對(duì)稱性及邊界條件、基于矢量磁位的磁場(chǎng)和洛侖茲力的有限單元列式、結(jié)構(gòu)場(chǎng)彈塑性有限元基礎(chǔ)及NEWMARK積分法，并選擇順序耦合法作為耦合場(chǎng)的求解方法。
　　通過(guò)電動(dòng)力學(xué)分析，推導(dǎo)了脈沖磁壓力第一波對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)和變形做功的表達(dá)式；又應(yīng)用塑性動(dòng)力沖擊能量準(zhǔn)則確定了沖擊載荷作用下管件產(chǎn)生塑性屈曲的臨界沖擊能量。然后，根據(jù)沖擊能量守恒原則，使脈沖磁壓力做功和瞬時(shí)速度初值的沖擊能量相等

3、，建立了管件產(chǎn)生徑向塑性壓縮失穩(wěn)的臨界判據(jù)。此判據(jù)給出了磁脈沖載荷作用下管件發(fā)生極限穩(wěn)定塑性變形的充分條件，可以確定使管件產(chǎn)生失穩(wěn)屈曲的臨界放電能量。
　　基于ANSYS有限元分析軟件和電磁縮徑軸對(duì)稱二分之一模型，建立了電磁—結(jié)構(gòu)場(chǎng)松散耦合數(shù)值模擬流程，通過(guò)管件周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)空氣網(wǎng)格重劃表示工件變形對(duì)磁場(chǎng)分布的影響。采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)相結(jié)合的方法，研究了脈沖磁場(chǎng)力作用下LF21M管件均勻縮徑變形規(guī)律。研究結(jié)果表明，管件的縮徑變形量

4、隨放電電壓的升高而增加，沿軸向分布不均勻。在放電能量不變的條件下，就變形效果來(lái)講，存在最優(yōu)放電頻率。在放電能量不變且線圈與管件等長(zhǎng)的條件下，隨線圈長(zhǎng)度增大，管件最大徑向變形量減小，均勻變形區(qū)增大。在放電能量及管件長(zhǎng)度不變的條件下，短線圈有利于局部變形；隨線圈長(zhǎng)度變大，與線圈對(duì)應(yīng)的管件部位的變形量減小，變形區(qū)增大，并且中部的變形趨于均勻。管件變形的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合很好，前者可以起到對(duì)后者的指導(dǎo)和部分替代的作用。
　　通過(guò)基

5、于有限元數(shù)值模擬的變形優(yōu)化和試驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)行了LF21M管件電磁縮徑徑向變形均勻性和放電電壓預(yù)測(cè)研究。研究結(jié)果表明，管件徑向變形的均勻分布是相對(duì)的；管件相對(duì)長(zhǎng)度δ決定徑向變形的軸向分布，當(dāng)0.8<δ<1.0時(shí)，管件長(zhǎng)度存在一個(gè)臨界值，其對(duì)應(yīng)的徑向變形量趨于均勻一致；在確定的成形系統(tǒng)條件下，優(yōu)化的管件長(zhǎng)度對(duì)放電電壓不敏感。試驗(yàn)值與預(yù)測(cè)值3％的相對(duì)誤差表明基于有限元分析的放電電壓的反演預(yù)測(cè)是可行的，能夠進(jìn)行其量化預(yù)置。
　　對(duì)脈沖磁場(chǎng)