留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

船体中厚钢板局部热压成形中的回弹仿真分析

谢栋 赵耀 董宏宝

谢栋, 赵耀, 董宏宝. 船体中厚钢板局部热压成形中的回弹仿真分析[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(5): 132-140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.017
引用本文: 谢栋, 赵耀, 董宏宝. 船体中厚钢板局部热压成形中的回弹仿真分析[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(5): 132-140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.017
Dong XIE, Yao ZHAO, Hongbao DONG. Numerical simulation of springback of medium-thick plates in local hot rolling[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(5): 132-140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.017
Citation: Dong XIE, Yao ZHAO, Hongbao DONG. Numerical simulation of springback of medium-thick plates in local hot rolling[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(5): 132-140. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.017

船体中厚钢板局部热压成形中的回弹仿真分析

doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.05.017
基金项目: 

科技部国际合作专项基金资助 2012DFR80390

详细信息
    作者简介:

    谢栋, 男, 1993年生, 硕士生。研究方向:船体外板热压成形。E-mail:15927279416@163.com

    董宏宝, 男, 1991年生, 博士生。研究方向:船体外板曲面滚压成形。E-mail:hbdongnaoe@hust.edu.cn

    通信作者:

    赵耀(通信作者), 男, 1958年生, 教授, 博士生导师。研究方向:船舶结构静动态响应。E-mail:yzhaozzz@hust.edu.cn

  • 中图分类号: U671.3

Numerical simulation of springback of medium-thick plates in local hot rolling

知识共享许可协议
船体中厚钢板局部热压成形中的回弹仿真分析谢栋,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  为了研究船体中厚钢板局部热压成形过程中影响回弹的因素,  方法  运用三维热弹塑性有限元仿真方法对影响回弹的参数进行研究和分析,通过一系列数值仿真试验考察板材的整体温度、温度场分布、板材尺寸、局部加载量等参数对其成形回弹的影响。  结果  分析结果表明,当板材成形温度超过材料屈服应力并达到开始显著下降的温度点时,回弹会随温度的升高而开始大幅度减小;由于变形区域的分布特点,在温度场分布的3个维度中,局部变形范围较大方向的温度分布对回弹的影响占主要部分;加热条件完全相同时,板材长度和宽度方向的尺寸变化对回弹均有一定的影响,其中,局部变形范围较大的板长方向的尺寸变化对回弹的影响更明显,板材回弹随局部加载量的增大而减小。  结论  研究结果有助于实现优化船体中厚钢板自动化成形的参数获取,对进一步研究船体中厚钢板局部热压成形的回弹问题也具有基础性指导作用。
  • 图  1  加载装置截面示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of section shape of loading system

    图  2  有限元模型

    Figure  2.  Finite element model

    图  3  应变本构关系

    Figure  3.  Constitutive relationship of material

    图  4  数值仿真计算结果与实验结果对比

    Figure  4.  Comparison of results between numerical simulation and experiment

    图  5  回弹定义

    Figure  5.  Definition of springback

    图  6  板材成形温度与回弹的关系

    Figure  6.  Relationship of springback and forming temperature

    图  7  不同成形温度下板材的塑性应变云图

    Figure  7.  Contours of plastic strain of plate under different forming temperatures

    图  8  板材屈服应力与成形温度的关系

    Figure  8.  Relationship of yield stress and forming temperatures

    图  9  压头加载力与温度的关系

    Figure  9.  Relationship of loading forces and forming temperatures

    图  10  有限元模型的典型温度场分布

    Figure  10.  Typical temperature distribution of finite element model

    图  11  板面高温区域示意图

    Figure  11.  Schematic diagram of high temperature zone of plate

    图  12  板面高温区域分布与回弹的关系

    Figure  12.  Relationship of springback and distribution in high temperature zone

    图  13  常温压载时1/4比例板材的应力分布

    Figure  13.  Contour of stress distribution of 1/4 scaled bending plate under room temperature

    图  14  不同板面温度分布下板材成形后的塑性应变云图

    Figure  14.  Contours of plastic strain distribution of plates under different temperatures

    图  15  板厚方向温度差与回弹的关系

    Figure  15.  Relationship of springback and temperature distribution across the plate

    图  16  板材尺寸与回弹的关系

    Figure  16.  Relationship of springback and plate sizes

    图  17  不同尺寸板材成形后的塑性应变云图

    Figure  17.  Plastic strain distribution of plate with different sizes

    图  18  局部压载量与回弹的关系

    Figure  18.  Relationship of springback and the magnitude of local loading

    图  19  热压后不同局部加载量下板材截面的塑性应变云图

    Figure  19.  Contours of plastic strain distribution in the cross section of plate under different magnitude of local loading

    表  1  压载装置尺寸

    Table  1.   Geometric dimensions of loading system

    名称数值
    压头半径ru/mm117
    压头半宽lu/mm60
    压头回转半径Ru/mm200
    支撑件半径rd/mm162
    大圆半径Rd/mm95.6
    小圆半径Rd/mm20
    有效半宽ld/mm100
    支撑件半宽ld/mm118
    下载: 导出CSV

    表  2  板材热物理性能参数

    Table  2.   Thermal physical property of plate

    温度/℃密度/(kg·m-3热传导率/(W·m-1·℃-1比热/(J·kg-1·℃-1
    257.860461
    2007.7651491
    4007.7243543
    6007.6836677
    7007.6632818
    7677.6530102
    8007.6429759
    下载: 导出CSV

    表  3  板材力学性能参数

    Table  3.   Thermal mechanical property of plate

    温度/℃杨氏模量E/GPa泊松比μ热膨胀系数/K-1屈服应力σy/MPa切线模量Et/GPa
    252090.31.2×10-530010
    1002020.311.24×10-530010
    2001950.321.28×10-529010
    3001870.331.32×10-52709
    4001750.341.36×10-52209
    5001620.351.40×10-51708
    6001500.361.42×10-51008
    7001250.371.44×10-5406
    800950.381.46×10-5302
    下载: 导出CSV

    表  3  算例中的船体板材尺寸

    Table  3.   Sizes of the plate in calculation

    板长L/mm板宽W/mm
    280,360,440,520,600,680600
    600280,360,440,520,600,680
    下载: 导出CSV
  • [1] 季筱玮. 高强度钢板弯曲回弹及其控制研究[D]. 重庆: 重庆大学, 2012. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10611-1012048141.htm

    JI X W. Study on the springback of high strength steel sheet after bending and its control[D]. Chongqing:Chongqing University, 2012+(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10611-1012048141.htm
    [2] 陈永利, 罗登, 杨来铭, 等.中厚板市场的发展现状及趋势[J].钢铁研究学报, 2009, 21(7):1-4. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-IRON200907002.htm

    CHEN Y L, LUO D, YANG L M, et al. Present status and trend of medium plate market[J]. Journal of Iron and Steel Research, 2009, 21(7):1-4(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-IRON200907002.htm
    [3] 张德智. 金属厚板弯曲的工艺理论研究[D]. 大连: 大连交通大学, 2007. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10150-2007213552.htm

    ZHANG D Z. Investigation on the technological theory of sick metal sheet bending[D]. Dalian:Dalian Jiao-tong University, 2007(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10150-2007213552.htm
    [4] NEUGEBAUER R, ALTAN T, GEIGER M, et al. Sheet metal forming at elevated temperatures[J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2006, 55(2):793-816. doi: 10.1016/j.cirp.2006.10.008
    [5] YANAGIMOTO J, OYAMADA K, NAKAGAWA T. Springbackof high-strength steel after hot and warm sheet forming[J]. CIRP Annals-Manufacturing Tech-nology, 2005, 54(1):213-216. doi: 10.1016/S0007-8506(07)60086-9
    [6] YANAGIMOTO J, OYAMADA K. Springback-free iso-thermal forming of high-strength steel sheets and alu-minum alloy sheets under warm and hot forming condi-tions[J]. ISIJ International, 2006, 46(9):1324-1328. doi: 10.2355/isijinternational.46.1324
    [7] YANAGIMOTO J, OYAMADA K. Mechanism of springback-free bending of high-strength steel sheets under warm forming conditions[J]. CIRP Annals-Man-ufacturing Technology, 2007, 56(1):265-268. doi: 10.1016/j.cirp.2007.05.099
    [8] 刘红生, 包军, 邢忠文, 等. 22MnB5超高强钢板热成形中的回弹机理分析[J].航空学报, 2010, 31(4):865-870. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201004033.htm

    LIU H S, BAO J, XING Z W, et al. Analysis of mech-anism of springback in 22MnB5 super-high strength steel forming[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Si-nica, 2010, 31(4):865-870(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HKXB201004033.htm
    [9] LEE M G, KIM S J, HAN H N. Finite element investi-gations for the role of transformation plasticity on springback in hot press forming process[J]. Computa-tional Material Science, 2009, 47(2):556-567. doi: 10.1016/j.commatsci.2009.09.024
    [10] 曾国, 于忠奇, 来新民, 等.外卷边槽钢多道次辊弯成型数值模拟[J].塑性工程学报, 2008, 15(1):127-132. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXGC200801027.htm

    ZENG G, YU Z Q, LAI X M, et al. Numerical simu-lation of multi-pass roll forming of channel section with outer edge[J]. Journal of Plasticity Engineer-ing, 2008, 15(1):127-132(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SXGC200801027.htm
    [11] YU G, MASUBUCHI K, MAEKAWA T, et al. FEM simulation of laser forming of metal plates[J]. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 2001, 123(3):405-410. doi: 10.1115/1.1371930
  • 2017-5-132_en.pdf
  • 加载中
图(19) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  115
  • HTML全文浏览量:  52
  • PDF下载量:  101
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-03-28
  • 网络出版日期:  2017-09-26
  • 刊出日期:  2017-10-01

目录

    /

    返回文章
    返回