西安交通大学信息机电研究所西安交通大学模具与先进成形技术研究所技术研究特色西安交通大学工业三维摄影测量技术发展路线三维全场变形技术概述面向复杂机械和新型材料运行工况下或现场使用单位简介研究生招生XTDICXTDVCXTRTXTMicroXTDIC 3D控制箱数字散斑全场应变XTDP三维光学测量坐标变换XTDCAL工业近景摄影测量XTSD静态变形XTDA大型飞机风洞大视场高速运动物体动态变形和运动轨迹XTSOXTOMXTOM INSPECTOR三维扫描仪XTFLC板料热成形三维全场应变检测试验机XTSM板料和管材胀形成形试验的三维全场变形检测系统板料成形膜结构双轴双向拉伸试验机双轴四缸电液伺服静态、动态、疲劳试验机双向对称微拉伸试验机(用于光学和电子显微镜)TOMS-汽车模具三维光学快速检测系统专用系统核心技术:复杂工况三维全场动态变形检测技术关键技术产品应用领域系列产品概述三维全尺寸快速检测解决方案:大型复杂工件产品的反求和快速质量检测其他光学体式显微镜测量板料液压胀形试验的三维全场变形检测数据动画演示泡沫铝物体内部变形测量实验板料成形极限FLC快速测定(3D-DIC)飞机风洞模型三维全场应变检测(数字图像相关法)一种基于DIC技术识别焊缝材料参数的新方法高温三维全场应变测量(3000摄氏度以内)高速拉伸变形技术发展路线高速冲击振动模态分析实验---数字散斑应用圆棒试件疲劳实验汽车车桥的静态变形和数字散斑三维全场应变实验木材压缩和弯曲性能试验----全场应变分析型号和配置------XTDIC数字散斑应变测量分析一般测量步骤 XTDIC数字散斑系统计算步骤-----XTDIC数字散斑系统显示和编辑计算结果----XTDIC散斑系统输出功能------XTDIC数字散斑系统大幅面三维全场应变测量视频----XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统沙土全场变形实验-相似材料钛合金试件压缩变形三维数字散斑试验拉伸试验三维全场应变测量总体功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统主要功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统变形分析功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析分析曲线功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量报表功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统截线分析---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统等势线分析--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析XTDIC数字散斑系统与电子引申计比对试验XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统三维全场应变测量分析重型卡车车架和车门全方位静态变形和全场应变检测发动机活塞缸体受力三维静态变形实验相似材料模型变形实验-标志点变形和全场变形两种方法复合材料节点试验---基于XTSD的三维静态变形测量大型结构件大变形三维摄影测量相似材料模型实验-光学三维变形测量变形分析应用大尺寸大变形静态测量某汽车覆盖件冲压全场应变检测步骤和流程汽车覆盖件(长到6米)板料冲压全场应变三维检测板料成形极限FLC试验板料剪切实验装置大型汽车模具制件的实际板料成形三维全场应变检测数字图像相关法(散斑应变)在板料力学性能测试中的应用板料成形网格应变测量实验快速使用说明---XTSM板料成形应变测量分析系统评估模式说明-----XTSM板料成形分析计算模式-XTSM板料成形网格应变分析系统三维点云处理---XTSM板料成形网格应变分析系统网格模式---XTSM板料成形网格应变分析系统XTSM板料成形应变测量分析系统板料成形网格变形分析楼房振动变形实验飞机风洞模型静态变形测量飞机结构件运动特性的动态视觉测量系统动态变形和运动轨迹汽车模具快速质量检测和比对分析路面构造三维扫描及三维坐标获取TOMS汽车模具摄影测量系统实现汽车模具实型数字化检测汽车模具三维光学系统应用于汽车覆盖件回弹的计算三维检测应用比对分析和质量检测焊接过程高温三维全场应变实时检测焊接失稳变形光学非接触三维检测的研究三维全场变形应变系统在焊接学科的研究和应用焊接过程三维全场应变检测实验采用XTSD静态变形系统的焊接过程三维变形检测实验采用XTOM面扫描系统进行焊接变形实验焊接变形试验--光学三维动态变形测量大尺寸无缝焊接管道三维测量和变形分析焊接变形和应变分析船用螺旋桨叶片检测大型飞机三维光学快速测量建模关键技术研究大型水轮机叶片、汽轮机叶片、船舶螺旋桨的快速检测手机零部件三维测量测量实例三维光学测量的应用领域逆向设计应用客车逆向设计快速建模案例轿车、客车、卡车、火车等车辆的组装后产品质量检测大型挖掘机铲斗模型的建模和测量测量实例 测量系统软件界面三维扫描测量实例 逆向和检测汽车模具检测案例 大型泡沫和铸件快速检测其他测量案例行业应用复杂工况三维全场动态变形 检测技术三维全场变形技术概述应变(strain)工业摄影测量光束平差(捆绑调整)自标定方法数字图像相关法(Digital Image Correlatiom,DIC)工业数字近景摄影测量与机器视觉的关系机器视觉(Machine Vision)工业数字近景摄影测量Photogrametry国内外DIC相关研究链接国内外三维检测Strain Measurement by Digital Image Correlation数字散斑全场应变分析工业近景摄影测量静态大尺寸大变形动态变形和运动轨迹三维扫描和建模板料成形网格变形分析焊接变形和应变分析比对分析和质量检测点云处理和三角化相机标定其他综述
板料成形极限FLC试验
一、实验设备
二、实验过程

XJTUFLC系统是在XTDIC系统的基础上,通过测量不同几何尺寸试件在标准实验(ISO 12004-2:2008(即GB/ T 24171.2—2009)下表面的极限应变进而建立成形极限图并显示输出。

 XJTUFLC系统软件界面
成形极限图(Forming Limit Diagram, FLD) 用于确定指定的材料在受到拉伸、胀形或拉伸胀形结合时能够达到的变形程度,为评价板料成形性能以及改进成形工艺提供技术基础和实用判据。

标准实验测定成形极限图的方法是在实验室条件下,采用标准的实验设备,通过改变试件宽度和润滑条件,并基于网格应变分析、数字图像相关法测量等技术直接获得极限应变量,最后把这些点坐标注到表面应变坐标系中并连成适当的曲线,以建立材料的FLD。这种方法可以获得较真实的成形极限图,是理论成形极限曲线的检验依据。

图  XTDIC系统软件界面
图  板料成形极限实验
图  板料成形极限实验的试件
当计算完成时,FLC就会显示在下图中:
FLC拟合结果显示
单个样本的数据包括最大最小主应变和拟合的曲线在截线拟合窗口中显示出来,最大最小主应变将作为此截线的数据点显示在FLC图中,如下图
截线数据拟合

FLD相关理论参考:

板成形过程是在外载荷作用下板料经历弹性变形、屈服、塑性变形与流动而成形出所需零件的过程。当受力物体内质点处于单向应力状态时,只要单向应力达到材料的屈服点时,则该质点开始由弹性状态进入塑性状态,即处于屈服。然而在复杂应力状态时,问题就变得复杂了。因为一点应力状态由六个应力分量确定,不能任意选取某一个应力分量来判断受力物体内质点是否进入塑性状态,而必须同时考虑所有应力分量的影响,即需要在应力空间来考虑这个问题。

根据不同的应变路径所进行的实验,可以确定从弹性阶段进入塑性阶段的各个界限。在应力空间中,将这些屈服应力点连接起来,就形成一个区分弹性和塑性的分界面,称为屈服面。应力点σij在屈服面内时,材料处于弹性状态;应力点 σij位于此屈服面上时,材料发生屈服。描述这个屈服面的数学表达式称为屈服函数,或称为屈服条件或屈服准则。

根据经典塑性理论,在材料的塑性变形阶段,应力、塑性应变和材料强化特性可以用一个加载函数来 f 描述,方程 f=0 对应的应力空间中的屈服面为材料弹塑性的分界线,屈服面内的材料服从弹性本构关系。当屈服面上某点获得应力增量变化至屈服面外某点时,后继屈服面随之运动和变形到过该点的新的屈服面。在此过程中材料进一步产生塑性变形并随之强化。因此,塑性材料的本构方程包含初始屈服准则、强化规则和流动法则。初始屈服准则确定塑性变形开始时应力状态,即初始屈服面服从的规律;强化规则规定材料强化后塑性变形进一步发生时应力状态服从的规律,即后继屈服面在应力空间中变化的规律流动法则,确定了塑性应变增量与应力状态及应力增量之间的关系。

板成形最本质的问题是外力作用下材料的塑性屈服及随后的流动过程中的失稳,而影响板成形过程顺利进行的最大障碍是板料的失稳,判断失稳发生与否需要相关的失稳判据。因此,通过研究板料塑性变形的材料屈服、强化及流动法则等力学规律,可以为其失稳判据的确定提供理论依据。

板料冲压成形时,屈服是板料进行塑性变形的条件,而起皱和拉裂是成形过程顺利进行的两种障碍,这两种障碍实质上都是板料塑性变形不能稳定进行的结果。起皱主要是受压失稳引起的,其解决方法也较多。而以拉为主的变形方式中,板料往往过度变薄、出现沟槽甚至拉断,这种现象叫做塑性拉伸失稳。拉伸失稳只可能发生在材料的塑性变形阶段。拉伸失稳是板料成形失效的最主要原因。迄今为止,对板料的塑性拉伸失稳理论已有大量研究,主要以 Swift 提出的分散性颈缩(diffuse necking)失稳理论和 Hill 提出的集中性紧缩(localized necking)失稳理论最具代表性,此外还有 M-K 理论也被日益重视。

成形极限的理论基础是失稳理论。目前最著名的三种理论:Swift分散性失稳理论;Hill集中性失稳理论;M-K凹槽失稳理论。其中M-K凹槽失稳理论是目前应用最为广泛的损伤失稳理论。
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