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金属薄壳流体成形应力场调控理论与方法

本书系统介绍了流体成形应力场调控理论的力学原理、针对不同结构实现的工艺方法,以及大量成功应用实例。全书共8章,第1章介绍金属薄壳流体成形技术分类和体系,重点论述解析解的重要性;第2章简要介绍塑性变形力学基本知识,主要涉及双向应力状态(平面应力状态),适合非材料加工工程专业读者学习参考;第3章重点从物理意义角度介绍各向异性金属变形理论,给出许多新的研究结果;第4章论述应力场调控理论的核心思想,基本假设及其适用性;第5章首次系统介绍杆件(1D)、薄板(2D)和薄壳(3D)结构失稳形态及临界载荷的解析;第6~8章分别按管坯、板坯和壳坯介绍实现应力场调控的工艺方法,同时给出大量案例。
本书的特点在于:通过塑性理论分析,把具体工艺问题抽象为合理的力学模型,推导出金属薄壳流体成形应力场分量的“定性半定量解析解”。所谓“定性”是指给出的函数关系式是正确的,其自身具有封闭性和自洽性,能反映具有普遍意义的一般性规律;“半定量”是指可能存在较大误差,但误差的量级在工程应用中可以接受,给出的结论可以深刻理解缺陷形成的力学机制,为发明新工艺指明方向和提供理论依据。

封面
前折页
书名页
版权页
“极端制造系列丛书”编撰委员会
“极端制造系列丛书”编撰委员会办公室
丛书序
前言
目录
第1章 绪论
 1.1 金属薄壳种类和特点
  1.1.1 薄壳定义和种类
  1.1.2 薄壳承载特性
 1.2 流体压力成形工艺简介
  1.2.1 成形原理
  1.2.2 流体压力成形工艺体系
 1.3 力学解析的重要性
 1.4 解析解的准确性
第2章 塑性变形力学基本知识
 2.1 外力与内力
  2.1.1 外力
  2.1.2 内力
  2.1.3 载荷
  2.1.4 受力分析要点
 2.2 应力状态分析
  2.2.1 应力的定义
  2.2.2 双向应力状态
  2.2.3 主应力
  2.2.4 主应力状态图
  2.2.5 球应力和偏应力
  2.2.6 剪应力
  2.2.7 等效应力
 2.3 应变状态分析
  2.3.1 工程应变与真应变
  2.3.2 体积不变条件
  2.3.3 变形类型
  2.3.4 剪应变
  2.3.5 等效应变
 2.4 经典屈服准则
  2.4.1 特雷斯卡(Tresca)屈服准则及物理意义
  2.4.2 米塞斯(Mises)屈服准则及物理意义
  2.4.3 屈服轨迹及特殊点应力状态
  2.4.4 后继屈服和硬化曲线
  2.4.5 屈服准则应用的要点
 2.5 塑性本构关系
  2.5.1 弹性本构关系
  2.5.2 增量本构理论
  2.5.3 全量本构理论
  2.5.4 壁厚变化趋势
第3章 各向异性金属变形理论
 3.1 金属各向异性现象
  3.1.1 板材各向异性现象
  3.1.2 管材各向异性现象
 3.2 厚向各向异性屈服准则和本构关系(单r值)
  3.2.1 经典各向异性屈服准则(单r值)
  3.2.2 经典各向异性本构方程
  3.2.3 r值的物理意义
  3.2.4 r值对壁厚变化的影响
  3.2.5 r值对变形载荷的影响
  3.2.6 剪切-拉伸屈服应力的定量关系
 3.3 面内各向异性屈服准则和本构关系(双r值)
  3.3.1 双r值屈服准则
  3.3.2 双r值本构关系方程
  3.3.3 面内各向异性对壁厚和载荷的影响
  3.3.4 经典屈服准则的不足
  3.3.5 多参数各向异性屈服准则
  3.3.6 任意方向屈服应力和r值的计算
  3.3.7 拉深制耳形成的力学机制
 3.4 r值对硬化曲线的影响
 3.5 负向变形理论假说
  3.5.1 -r值屈服轨迹的形状与特性
  3.5.2 反常变形行为预测
第4章 薄壳力学解析方法与应力场调控原理
 4.1 坐标系和符号规则
  4.1.1 坐标系的选择
  4.1.2 符号规则
 4.2 基本假设及合理性
  4.2.1 基本假设
  4.2.2 基本假设的合理性
 4.3 近似主应力解析方法(正演法)
  4.3.1 解析步骤
  4.3.2 关键点
 4.4 半实验半解析方法(反演法)
  4.4.1 解析步骤
  4.4.2 关键点
 4.5 基于应力控制方程的调控原理
  4.5.1 应力控制方程
  4.5.2 壳体曲率方向定义
  4.5.3 应力控制方程调控方式
 4.6 基于应力约束条件的调控原理
  4.6.1 基于屈服准则的应力调控原理
  4.6.2 基于边界约束的应力调控原理
第5章 金属薄壳失稳屈曲与起皱分析
 5.1 基本概念
 5.2 杆件(1D)的屈曲分析
  5.2.1 约束条件的影响
  5.2.2 截面形状与尺寸的影响
  5.2.3 材料性能的影响
 5.3 薄板(2D)的屈曲分析
  5.3.1 矩形平板
  5.3.2 圆形平板
  5.3.3 弯曲板
 5.4 薄壳(3D)的屈曲分析
  5.4.1 圆柱壳(薄壁管)
  5.4.2 网格加筋圆柱壳
  5.4.3 锥壳
第6章 管坯内高压成形应力场解析与调控
 6.1 内高压成形过程与受力分析
  6.1.1 工艺过程
  6.1.2 模具结构与受力分析
  6.1.3 均布内压作用薄壁管受力分析
  6.1.4 工艺参数
 6.2 内高压成形过程应力场解析
  6.2.1 胀形区
  6.2.2 送料区
  6.2.3 圆角区
  6.2.4 屈服轨迹
 6.3 内凹构型预制坯的应力调控
  6.3.1 摩擦对圆角充填变形的影响机理
  6.3.2 内凹预制管坯环向应力调控
 6.4 薄壁管充液压弯应力调控
 6.5 内高压成形过程半实验半解析方法(反演法)
  6.5.1 波纹管成形分析
  6.5.2 球形扩径三通管件成形分析
 6.6 管坯任意方向r值测量方法
  6.6.1 环向r值测量原理
  6.6.2 典型管坯环向r值
  6.6.3 典型管坯任意方向r值
 6.7 大尺寸环形件液压胀形受力分析
  6.7.1 分块刚性模胀形受力分析
  6.7.2 液压胀形受力分析
  6.7.3 液压胀形残余应力调控
 6.8 双件变载内高压成形装备及生产线
  6.8.1 液体压力与体积协同控制系统
  6.8.2 大载荷合模力全量程可变加载控制系统
  6.8.3 双腔内压与多轴载荷协同控制系统
  6.8.4 第三代内高压成形装备与生产线
  6.8.5 生产线集成系统
 6.9 管坯内高压成形应用案例
  6.9.1 汽车行业应用情况
  6.9.2 航天行业应用情况
  6.9.3 航空行业应用情况
第7章 板坯液压成形应力场解析与调控
 7.1 工艺过程与受力分析
  7.1.1 工艺过程
  7.1.2 受力分析
 7.2 圆筒件充液拉深应力场解析
  7.2.1 法兰区应力分析
  7.2.2 侧壁区应力分析
  7.2.3 筒底区应力分析
 7.3 充液拉深应力场调控
  7.3.1 充液拉深“有益摩擦效应”分析
  7.3.2 径向加压充液拉深分析
  7.3.3 反胀充液拉深分析
 7.4 椭球薄壳液压成形过程半实验半解析法
 7.5 充液拉深成形回弹分析
  7.5.1 回弹规律及液体压力影响
  7.5.2 液压抑制回弹机理分析
 7.6 板坯液压成形工艺参数计算
  7.6.1 充液拉深成形工艺参数计算
  7.6.2 液体拉-胀复合成形工艺参数计算
 7.7 板坯液压成形技术的工业应用
  7.7.1 火箭贮箱整体箱底
  7.7.2 火箭燃料分配器——整体五通件
  7.7.3 飞行器及发动机导流罩
  7.7.4 新能源汽车壳体——充电机壳体
  7.7.5 航空发动机整流罩壳体
第8章 壳坯内压成形应力场解析与调控
 8.1 工艺过程与预制壳体结构
  8.1.1 工艺过程
  8.1.2 预制壳体结构
 8.2 球壳内压成形力学解析
  8.2.1 应力状态
  8.2.2 成形压力
  8.2.3 壁厚变化趋势
 8.3 椭球壳内压成形力学解析
  8.3.1 应力状态
  8.3.2 成形压力
  8.3.3 纬向应力拉-压分界角
  8.3.4 双母线椭球壳体积变化规律
 8.4 环壳内压成形力学解析
  8.4.1 应力状态
  8.4.2 成形压力
  8.4.3 扇形环壳胀形
 8.5 锥壳内压成形力学解析
  8.5.1 封闭锥壳
  8.5.2 开口锥壳
  8.5.3 锥壳成形工艺
 8.6 应力轨迹与统一成形工艺
  8.6.1 应力轨迹
  8.6.2 封闭壳体统一成形工艺
附录
 附录A 名词术语表(中英文)
 附录B 压力(压强)单位及其换算表
 附录C 液体反力工程快速估算法
 附录D 常用管材规格和单位长度质量
参考文献
后折页
封底

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