管材弯曲力学模型金属型材样品分析图像显微镜

管材弯曲力学模型金属型材样品分析图像显微镜

  金属型材经过一次塑性加工（型材制造），往往因晶粒择优取向、亚
晶结构、胞状组织及杂质的断续排列等，产生与外力作用方向大致有一定
规则的异向性，而管材经轧制、拉拔或挤压加工后，所形成的异向性非常
复杂，至今还没有开发出相应的试验方法来检出它的异向性指标，因此，
为了掌握管材在各个方向的变形特性，我们已经开展了管材轴向压缩、径
向压缩以及管段环向拉伸试验，并对试验全过程进行了相应的有限元模拟
分析，但这仅是认识和理解管材力学性能的开始，还有很多尚未被认知的
变形现象需要挖掘和揭示。由于管材具有特殊的空心结构，对其在不同钋
载荷作用下可能发生的各种力学响应，必须从多方面开展大量试验和研究
，才能全面认识和理解管材的材料属性与结构属性。

  管材弯曲力学模型的研究
  管材弯曲时，应力应变状态的假设可以使分析和计算得到简化。在弯
曲的初等理论中，由于忽略其他方向的应力，将管材弯曲近似为简单应力
状态（切向受拉及受压）分析时所得结果，对于小曲率变形来说是允许的
。当弯曲曲率较大时，则不宜忽略弯管横截面厨向应力和径向应力的作用
。Hill在其板材一般性弯曲理论中，曾假定板料属于理想刚塑性材料且略
去宽度方向应变，在平面应变假设条件下，推导出板弯曲中应力及弯矩的
经典数学计算方法。实际上，在管材弯曲曲率较小时，同样可以忽略弯管
横截面扁化畸变，而近似认为管材弯曲处于平面应变状态而使分析大为简
化。
  在实际管材弯曲变形分析时，管的横截面结构构形及模具结构和各种
工艺条件等多方面的复杂影响，导致利用目前所能建立的简单力学模型进
行的分析，还只停留在获取定性结果的层面。试验及研究结果表明，在这
种假设条件下计算得出弯管平均壁厚变化以及横截面扁化畸变的结果，与
实际弯曲试验测试结果之间的误差是可以接受的。当然，这里存在一个尺
度问题，即什么情况下允许采用怎样的应力应变假设来简化分析，还需要
进一步研究并借助于试验验证和有限元辅助分析。

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