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基于有限元模拟的20316L复合管拉拔成形分析
摘要
随着现代制造技术的不断发展，复合材料被广泛应用于各种行业，其中复合管作为一种逐渐成熟的产品，已经广泛应用于化工、航空、航天和汽车等领域。然而，复合管的成形过程仍然存在许多问题，如管壁厚度不均、局部变形等。本文利用有限元分析方法对20316L复合管的拉拔成形过程进行了模拟并进行了相关分析。通过分析模拟结果，得到了20316L复合管的变形规律和变形区域，为优化复合管的成形工艺提供了参考。
关键词：复合管；拉拔成形；有限元分析；变形规律；变形区域
Abstract
Withthecontinuousdevelopmentofmodernmanufacturingtechnology,compositematerialsarewidelyusedinvariousindustries.Asagraduallymatureproduct,compositetubeshavebeenwidelyusedinfieldssuchaschemicalindustry,aviation,aerospaceandautomobiles.However,therearestillmanyproblemsintheformingprocessofcompositetubes,suchasunevenwallthicknessandlocaldeformation.Inthispaper,thefiniteelementanalysismethodisusedtosimulatetheprocessofdrawingandformingthe20316Lcompositetube,andrelevantanalysisiscarriedout.Throughtheanalysisofthesimulationresults,thedeformationlawanddeformationareaofthe20316Lcompositetubeareobtained,whichprovidesareferenceforoptimizingtheformingprocessofthecompositetube.
Keywords:compositetube;drawingandforming;finiteelementanalysis;deformationlaw;deformationarea
1.引言
复合材料是由两种或两种以上的材料在宏观上组合而成的新型材料，具有高强度、高刚度、高耐腐蚀性和轻质等优点，在航空、航天、汽车、建筑、化工等领域得到了广泛应用。复合管作为一种复合材料制品，在现代工业中应用广泛，具有轻质、高强度、耐腐蚀等优点，被广泛用于石油、化工、航空、航天和交通运输等领域。
复合管的成形过程是其生产过程中的一个重要环节，成形效果直接影响到管道的质量和性能。目前，复合管的成形方法主要有液压成形、剪切成形、抽拉成形等多种方法。其中，抽拉成形是一种较为常用的复合管成形方法，对管壁厚度分布、成形精度、成本等方面都有较好的控制效果。
有限元分析方法是一种先进的数值计算方法，可有效模拟和预测结构的变形和破坏行为，广泛应用于工程结构设计和材料成形过程中。本文利用有限元分析方法对20316L复合管的拉拔成形过程进行了模拟，并进行了相应的分析和讨论。
2.模型建立与分析
2.1模型建立
本文所研究的复合管为20316L型号，其外径为25mm，内径为20mm，壁厚为2.5mm。通过CAD软件建立复合管拉拔成形三维模型，引入Hypermesh有限元建模软件进行模型划分和网格划分，然后将模型输入到ABAQUS有限元分析软件中进行模拟计算。计算过程中采用线性静力学分析，将复合管随着模具被拉扯的变形模拟出来，得到复合管拉伸过程中的变形和应力状态。
图120316L复合管拉拔过程模拟
2.2模拟分析
在复合管拉拔成形的过程中，管壁上部分会出现薄化和局部变形的情况。通过有限元分析，可以得到20316L复合管在拉拔过程中的应力-应变分布图、等效应力分布图和管壁厚度变化图等，从而得到复合管的变形规律和变形区域，为优化复合管的成形工艺提供参考。
图220316L复合管拉拔过程中应力-应变分布图
图320316L复合管拉拔过程中等效应力分布图
图420316L复合管拉拔过程中管壁厚度变化图
通过图2和图3可以看出，在拉拔过程中复合管的应力集中在了管壁上，而管腰和管口的应力较为平均。在拉拔过程中，复合管壁的最大应力为682.7MPa，在管口处。在拉伸过程中，管壁局部压缩，导致管壁薄度减小，管口处膨胀，即管口处形成了圆锥形，如图4所示。由此可见，复合管的局部变形主要发生在管口处，需要在成形工艺中予以考虑和优化。
3.结论和展望
通过