第41卷第9期 Vol. 41No. 9
叙压技木
FORGING & STAMPING TECHNOLOGY
基于塑性失稳的圆管对称压缩研究
余海燕1,2，何泽珍2
2016年9月 Sep-2016
（1．上海市地面交通工具空气动力与热环境模拟重点实验室，上海201804；2.同济大学汽车学院，上海201804）
摘要：基于塑性失稳的管－管连接工艺是新研发的管类连接技术。为了获得管-管连接所需参数，针对圆管压缩形成失稳帮皱的行为进行了试验和仿真研究。进行了因管单向拉伸试验和自由压缩试验，通过圆管自由压缩和约束压缩过程的有限元伤真，深人讨论了管坏细长比对压缩失稳形成的帮皱数目和形态的影响规律以及帮皱形成与压力的关系。结果表明：同管压缩失稳形成的皱数目和循皱形态与管的细长比（定义为/。）
密切相关。当管坏细长比在0~0.375内，不能形成帮皱；在
0.438~1.5范围内可形成单个褶皱，在1.56-2.43范固内可形成2个褶皱，大于2.5则形成3个或更多裙皱
关键词：金属圆管；自由压缩；塑性失稳；裙皱；管-管连接 DOI: 10. 13330/j. issn. 1000-3940. 2016. 09, 012
中图分类号：TH131
文献标识码：A
文章编号：1000-3940（2016）09-0058-06
Symmetrycompressionbasedonplasticinstabilityofcirculartubes
Yu Haiyan'.2, He Zezhen
(1. Shanghai Key Lab of Vehicle Aerodynamics and Vehicle Thermal Management Systems, Shanghai 201804, China ;
2. School of Automotive Studies, Tongji University, Shanghai 201804, China)
Abstract: A new technology of joining two tubes was dereloped based on plastic instability. In order to obtain parameters of this join method, the unstable wrinkles produced by compressing circular tubes were investigated, and their experiments and finite element simula-tion were condlucted. By means of uniaxial tension and free compression tests, focusing on finite element simulation of tube free compres sion and constraints compression processes, the influences of the slendermess ratio of tubes on the number and formation of wrinkles formed by eompression instability and the relationship bewteen wrinkle and pressure were further discussed. It is shown that the slendemess ratio
(/r, ) has an obvious effect on the fomation and wrinkle numbers.
When /r, is from 0 to 0. 375, the compression wrinkles cannot be
fomed. When I/r, is from 0. 438 to 1. 5, one wrinkle is formed. If /r, is from 1. 56 to 2. 43, two wrinkles are formed. If I/r, is larger than 2. 5, three or more wrinkls will be formed.
Key words : circular metal tubes; free compression; plastic instability ; wrinkle; tube tube join
随着能源和环境问题的日益突出，汽车轻量化已是必然趋势。管类零件由于其质量轻且刚度高的特点，在汽车上的应用越来越多。因此，可靠、方便、经济的管类零件连接技术尤为关键。目前管与管主要连接方法有：螺纹连接、法兰连接、焊接电磁脉冲连接、粘接、卡箍连接、复合塑性流动连接和冷挤压连接。由于螺纹的牙高占据一定的壁厚，使得管道的强度减小，所以此方法不适合薄壁管。同样法兰连接经常用于大口径的圆管，不用于小口径的管道。管与管的焊接易出现裂纹、焊
收稿日期：20160320；修订日期：20160720 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51175382）
作者简介：余海燕（1976－），女，博士，教授，博士生导师 E-mail: yuhaiyan@ tongji. edu. cen
穿、未焊透、气孔和夹渣等缺陷["]，而且针对一些难以互溶的材料焊接困难。电磁脉冲连接[4]虽然能广泛用于性能不相似的金属管连接，但也需要严格控制工艺参数。粘接剂易发生老化失效，而且粘接对管的公差、表面粗糙度以及光洁度有较高要求[5]。卡箍连接对圆管的硬度和强度有要求，较软的钢管在卡连接下容易发生变形，此方法一般适用于大口径钢管。复合塑性连接6]基于塑性流动原理的一种固相连接方法，需要额外的热源且工艺较为复杂。针对小口径薄壁管，AlvesLM等[7]提出了种新的基于压缩塑性失稳管管连接工艺，如图1 所示。图1中，两待连接管在轴向压力作用下发生压缩失稳，并形成失稳裙皱，通过合理控制工艺参数使两管裙皱重叠从而达到连接的目的。为了选择合适的材料和设计模具，需要获得被连接管的圆