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第1章 概论1

1.1 引言1

1.2 板材充液成形技术介绍2

1.2.1 板材充液成形技术发展历史概况2

1.2.2 板材充液成形技术分类及成形原理3

1.2.3 板材充液成形技术特点6

1.2.4 板材热介质成形技术优势及影响因素7

1.2.5 世界上部分著名的充液成形研究机构9

1.3 板材充液成形技术国内外发展及研究现状11

1.3.1 橡皮囊液压成形阶段11

1.3.2 充液成形技术阶段11

1.3.3 充液成形技术的应用16

1.4 板材热介质充液成形技术国内外研究现状17

1.4.1 板材热介质充液成形技术国内外发展概况17

1.4.2 板材热介质成形技术设备国内外研究现状19

1.4.3 板材热介质成形材料性能测试研究现状20

1.5 发展趋势21

参考文献22

第2章 本构方程、屈服准则及断裂准则26

2.1 本构方程26

2.1.1 本构方程定义与分类26

2.1.2 经验本构模型及建模方法27

2.1.3 基于内变量的物理本构模型30

2.2 屈服准则32

2.2.1 屈服准则定义32

2.2.2 稳定塑性材料屈服面外凸性和塑性应变增量法向规则34

2.2.3 Barlat系列各向异性屈服准则简介34

2.2.4 Barlat2000屈服准则各向异性系数的计算40

2.3 断裂准则44

2.3.1 基于应力三轴度的断裂准则44

2.3.2 基于应变能或损伤阈值判断的断裂准则45

参考文献47

第3章 基于单动液压机通用模架的充液拉深装备及实例51

3.1 总体方案51

3.2 充液拉深通用模架的研制52

3.2.1 方案的确定52

3.2.2 超高压液室的结构设计及其强度的有限元分析56

3.2.3 节能高效压边缸的设计59

3.3 液压控制系统的设计61

3.3.1 方案的选择61

3.3.2 充液拉深液压控制系统工作原理62

3.3.3 超高压减压装置的特点63

3.3.4 减压装置超高压密封形式的选择64

3.4 计算机控制系统的设计65

3.4.1 原理分析及方案的选择65

3.4.2 计算机控制软件的设计66

3.4.3 计算机控制系统的响应性能分析66

3.5 板材充液成形设备实例71

3.5.1 HFS-300型充液拉深设备71

3.5.2 模架型式的充液成形装备改造76

3.5.3 基于通用双动液压机的充液成形装备改造79

第4章 板材充液拉深溢流压力模型及反向建模技术80

4.1 充液拉深溢流临界压力80

4.1.1 筒形件充液拉深液室溢流压力模型80

4.1.2 筒形件充液拉深溢流后流体压力模型84

4.1.3 方盒形件充液拉深液室溢流压力模型86

4.1.4 方盒形件充液拉深溢流后流体压力模型88

4.2 液体流动计算模型的离散格式90

4.2.1 筒形件充液拉深液体流动模型离散格式90

4.2.2 方盒形件充液拉深液体流动模型离散格式91

4.3 充液室液体压力的功能研究94

4.3.1 摩擦保持及溢流润滑效果94

4.3.2 液室压力对零件成形性的影响95

4.3.3 液室最高压力与板材成形极限的关系96

4.4 软拉延筋的功能分析98

4.4.1 筒形件充液拉深软拉延筋98

4.4.2 方锥盒形件充液成形直边与拐角处软拉深筋的功能分析104

4.5 基于反向建模的精确材料模型优化策略108

4.5.1 材料和模具工装108

4.5.2 优化方法109

4.5.3 确定目标函数和变量110

4.5.4 使用优化材料参数分析过程成形参数的作用113

第5章 基于先进板材充液成形技术的衍生工艺措施116

5.1 方盒零件圆形凹模局部约束成形116

5.1.1 工具及材料117

5.1.2 模拟中的网格模型118

5.1.3 成形的盒形零件以及失效形式119

5.1.4 壁厚分布121

5.1.5 成形极限分析122

5.1.6 考虑轧制方向的坯料不同定位124

5.2 多层板充液成形：基于中间铝箔成形的实验分析及数值模拟126

5.2.1 主要参数和数值模拟模型127

5.2.2 筒形件成形128

5.2.3 厚度分布129

5.2.4 讨论分析131

5.2.5 起皱和破裂的防止132

5.2.6 成形极限的提高133

5.2.7 凹模型腔压力变化的影响135

5.3 径向加压辅助充液拉深136

5.3.1 材料及有限元模型137

5.3.2 压力边界139

5.3.3 压边间隙140

5.3.4 凸模力141

5.3.5 预胀形142

5.3.6 工艺窗口144

5.3.7 精度分析147

5.3.8 壁厚分布149

5.3.9 成形极限预测151

5.3.10 失效模式152

5.3.11 摩擦因数的影响156

5.3.12 起皱预测157

5.3.13 平面各向异性159

参考文献160

第6章 典型复杂薄壁构件充液成形分析164

6.1 小锥形件充液成形分析164

6.1.1 小锥形件充液成形过程有限元模型164

6.1.2 基本工艺条件及材料设定165

6.1.3 初始反胀压力对成形的影响166

6.1.4 初始反胀高度对成形的影响168

6.1.5 液室压力变化对成形的影响169

6.1.6 凸模与板材的摩擦因数对成形的影响172

6.1.7 小锥形件二次充液拉深过程数值模拟173

6.1.8 小锥形件初次拉深实验174

6.1.9 小锥形件二次拉深实验175

6.2 复杂微小W环成形工艺及其数值模拟176

6.2.1 W环基本特征描述176

6.2.2 W环成形工艺及模具结构177

6.2.3 有限元模型的建立178

6.2.4 成形模拟实验方案179

6.2.5 上（下）模A与坯料的摩擦因数对初始成形的影响180

6.2.6 芯模与坯料的摩擦因数对初始成形的影响181

6.2.7 中模B与坯料的摩擦因数对初始成形的影响181

6.2.8 上模A与下模A的开模间距对初始成形的影响182

6.2.9 成形工艺参数优化182

6.2.10 液室压力加载曲线对初始成形的影响184

6.3 铝合金方盒异型件充液成形185

6.3.1 零件特征及材料参数185

6.3.2 失稳控制有限元分析186

6.3.3 实验研究189

6.4 飞机大型复杂双曲度蒙皮充液成形数值模拟及实验研究190

6.4.1 零件概述191

6.4.2 零件成形工艺设计191

6.4.3 数值模拟191

6.4.4 实验结果及零件缺陷分析193

第7章 板材热介质充液成形设备197

7.1 总体方案确定197

7.2 加热系统设计199

7.2.1 加热室主体加热设计199

7.2.2 底加热板设计201

7.2.3 模具加热块设计201

7.2.4 隔热保温设计201

7.2.5 各加热部分功率设计202

7.3 冷却系统设计203

7.3.1 液压机机架部分冷却203

7.3.2 增压缸部分冷却204

7.4 液室结构设计及其强度分析205

7.5 增压装置设计206

7.6 关键部位高温高压密封设计207

7.6.1 液室上的静密封207

7.6.2 增压缸筒上的动密封208

7.7 液压控制系统及计算机控制系统209

7.7.1 液压控制系统209

7.7.2 计算机控制系统209

第8章 板材热介质成形力学解析211

8.1 主应力法力学解析基本方程211

8.1.1 任意薄壁件回转体平衡方程211

8.1.2 塑性方程214

8.1.3 应力应变关系215

8.2 筒形件充液拉深成形厚度法向应力215

8.3 筒形件温热介质拉深典型区域应力解析217

8.3.1 基本参数及有限元建模217

8.3.2 法兰应力分析219

8.3.3 凹模圆角应力分析224

8.3.4 筒壁处应力分析232

参考文献235

第9章 三向应力状态板材充液成形应力状态及成形性分析236

9.1 厚度法向应力对屈服轨迹的影响236

9.1.1 筒形件充液拉深在屈服轨迹上的应力分布236

9.1.2 平面应力状态下屈服轨迹变化238

9.2 板材充液热成形力学特征239

9.2.1 （βav，？）及（η，ω）坐标空间239

9.2.2 断裂韧性与βav及η关系定性分析240

9.2.3 流体压力对板材充液成形应力状态的影响242

9.2.4 有限元结果分析245

9.3 （η，ω）空间Mohr-Coulomb断裂轨迹实验确定248

9.4 考虑厚度法向应力的Smith模型251

9.4.1 Smith模型应力应变分量251

9.4.2 平面应力条件下极限应变确定252

9.4.3 （βav，？）及（η，ω）坐标空间253

9.4.4 理论预测结果分析254

9.5 考虑厚度法向应力的M-K修正模型257

9.5.1 M-K模型及理论基础257

9.5.2 M-K模型求解258

9.5.3 计算过程分析260

9.5.4 结果及成形性改善分析261

第10章 铝合金板材胀形热塑性变形行为及本构模型研究268

10.1 胀形实验获得应力应变曲线的考虑269

10.1.1 胀形实验获得应力应变曲线原理269

10.1.2 胀形中压力率控制的考虑269

10.2 胀形实验270

10.2.1 胀形实验机及装置270

10.2.2 实验结果272

10.3 流动应力计算274

10.3.1 胀形试样球形度评估274

10.3.2 胀形流动应力典型计算模型比较及流动应力计算276

10.3.3 压力率与应变率的关系283

10.4 板材热介质成形本构模型285

10.4.1 流动应力方程286

10.4.2 硬化准则287

10.4.3 位错密度演化288

10.4.4 基于微观机制的热胀形本构方程289

10.5 本构方程参数确定290

10.5.1 本构方程离散数值格式290

10.5.2 本构模型中材料常数的确定291

10.6 本构方程的隐式积分法293

10.6.1 径向返回算法293

10.6.2 切线刚度矩阵更新297

10.6.3 有限元实现步骤301

参考文献303

第11章 筒形件热油介质拉深成形过程分析及回弹控制305

11.1 充液热成形与热成形及常温充液成形的对比307

11.2 充液热成形可控温度场研究313

11.2.1 等温温度场对材料性能的影响313

11.2.2 差温温度场对材料性能的影响316

11.2.3 合理温度场的确定319

11.3 充液热成形加载条件研究320

11.3.1 液室压力对成形性能的影响320

11.3.2 压边力对成形性能的影响330

11.3.3 成形速度对成形性能的影响332

11.4 温热充液拉深中冷却方式对7系铝合金微观组织的影响333

11.4.1 铝合金板材温热充液成形后性能评估333

11.4.2 冷却方式对成形件力学性能影响335

11.4.3 冷却方式对成形件微观组织影响336

11.5 回弹产生的机理及研究方法338

11.5.1 回弹产生的机理338

11.5.2 回弹研究方法340

11.6 典型件充液热介质成形回弹现象研究341

11.6.1 回弹模拟方法的实验验证341

11.6.2 等温温度场对回弹的影响343

11.6.3 差温温度场对回弹的影响345

11.6.4 液室压力对典型件充液热介质成形回弹的影响346

11.6.5 压边力对典型件充液热介质成形回弹的影响348

11.6.6 拉深速度对典型件充液热介质成形回弹的影响350

参考文献352

第12章 热介质充液隔膜成形及固体颗粒柔性介质成形新技术354

12.1 热介质充液隔膜成形354

12.1.1 热介质充液隔膜成形技术的基本原理354

12.1.2 热介质充液隔膜成形技术的特点355

12.1.3 热介质充液隔膜成形技术的研究现状357

12.1.4 热介质充液隔膜成形技术的应用领域360

12.1.5 热介质充液隔膜成形技术发展中存在的问题及未来的研究方向362

12.2 板材热态固体颗粒成形技术362

12.2.1 成形原理362

12.2.2 国内外研究现状363

12.2.3 固体颗粒介质成形优势364

12.2.4 颗粒直径对表面质量的影响365

12.2.5 壁厚分布规律366

12.2.6 固体颗粒介质回弹研究367

12.2.7 展望369

参考文献370