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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