CN115436169A - 基于带小孔管状试样确定金属各向异性本构模型的方法 - Google Patents

基于带小孔管状试样确定金属各向异性本构模型的方法 Download PDF

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CN115436169A CN202211011604.7A CN202211011604A CN115436169A CN 115436169 A CN115436169 A CN 115436169A CN 202211011604 A CN202211011604 A CN 202211011604A CN 115436169 A CN115436169 A CN 115436169A
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Abstract

本发明属于管材力学性能测试领域，提供了一种基于带小孔管状试样确定金属各向异性本构模型的方法。带小孔管胀形实验能反映管材非主轴方向材料的塑性流动情况，突破了现有管材力学性能测试方法均无法反映管材非主轴方向材料塑性流动的难题。本方法可建立薄壁管精确的各向异性塑性本构模型，为复杂结构薄壁管类构件的精确数值模拟提供基本保证；可准确确定反映薄壁管面内非主轴方向塑性流动特性的各向异性系数，为管材各向异性特性的评价提供指导；实验原理简单，实验的影响因素少，实验过程中的摩擦对实验结果的影响几乎可以忽略；可用于确定各种薄壁管材的精确的各向异性塑性本构模型，如铝合金、钛合金、镁合金、高强钢等管材，适用范围广泛。

Description

基于带小孔管状试样确定金属各向异性本构模型的方法
技术领域
本发明属于管材力学性能测试领域，具体涉及基于带小孔管状试样确定金 属各向异性本构模型的方法。
背景技术
金属管材具有中空结构，重量轻，良好的力学性能和可成形性，可经过弯 曲、胀形、扩口等塑性加工可制造出满足实际需求的机械零件和工程结构，如 发动机油路系统、飞机起落架和机身零件、汽车底盘和前后副车架等，适应于 机械轻量化、强韧化需求而被广泛应用于汽车、航空航天、船舶等工业。管材 成形采用挤压、轧制、拉拔等多道次的热力成形工艺，造成管材在成形过程中 长时间处于复杂的拉压应力状态，而复杂的拉压应力状态会导致金属材料发生 不均匀变形，加剧晶体的择优取向，以促进织构演化。而织构演化反过来加剧 了不均匀变形，最终使材料表现出明显的面内各向异性，而管材的各向异性导致的不均匀变形会使管材在成形过程中产生壁厚过度减薄、破裂、起皱等缺陷。 为避免塑性加工过程中的起皱、破裂等缺陷，通常在加工过程中必须不断试模、 修模，这造成新产品开发周期长、效率低等，不能适应社会发展的需要，而计 算机技术应用的飞速发展，使得金属塑性成形逐渐以数值仿真为主要辅助手 段，这既可降低试模的成本，又能缩短生产周期。但是，目前没有方法能获得 准确的管材面内非主轴方向的各向异性塑性流动参量。因而，进行数值仿真一 般采用各向同性的假设，或者假设面内各向同性，仅考虑厚向异性的塑性本构 关系模型，这样的简化假设常导致出现仿而不真的结果，即仿真结果与对应的实验结果出现很大差异，实验时需要不断的根据经验修模，增加了生产周期， 提高了生产成本。
现有的管材力学性能测试方法中管材轴向单拉试验、管材环向拉伸试验、 管材自由胀形实验和管材双轴可控加载胀形实验均只能反映管材各向异性主 轴(轴向和环向)方向的塑性流动特性。而对于管材纯剪切实验(见专利 CN109520862A)，由于纯剪切加载对应的是平面应变状态，两个方向应变始终 大小相等、方向相反，所以该实验仅能获得剪切屈服应力，无法获得反映管材 面内非主轴方向各向异性塑性流动特性的性能参数。导致基于这些实验结果所 建立的薄壁管塑性本构关系均不能很好地描述薄壁管非主轴方向材料的塑性 流动情况。
因此，为了获得精确的有限元仿真结果，需要建立一种能确定管状试样金 属各向异性本构模型的方法。
发明内容
本发明是为解决现有薄壁管塑性本构模型不能准确描述薄壁管非主轴方 向材料塑性流动情况的问题，提出基于带小孔管状试样确定金属各向异性本构 模型的方法。
本发明为解决上述问题所采取的技术方案是：
基于带小孔管状试样确定金属各向异性本构模型的方法，步骤如下：
步骤一、根据需要，确定待测管状试样的尺寸以及对应实验所采用的冲头、 夹具等模具工装的尺寸；
步骤二、根据待测管状试样确定内层管几何尺寸及材料；
步骤三、测量待测管状试样环向壁厚分布，在壁厚分布均匀的部位标记管 状试样中间位置、孔边壁厚测量点位置，并在待测管坯所标记小孔形状的位置 开一个合适的孔，在孔周标记上测量点；
步骤四、将内层管置于待测管状试样中，安装双层管到管材自由胀形设备 中，安装顺序为：左塞头-管状试样-右塞头-调节块，启动泵站，水平密封油缸 前进，扩口密封；
步骤五、试样安装完毕后，检查实验装置完好，先进行快速加压，内压达 到设定值后自动转换为慢速加压，直到管状试样达到所需的胀形高度。
步骤六、取出实验后的试样，测量实验后试样小孔边缘轮廓形状并记录为
Figure BDA0003811136590000031
步骤七、通过实验分别测出待测管材两个主轴方向(轴向和环向)的各向 异性系数r0和r90。
步骤八、选择合适的塑性本构模型
Figure BDA0003811136590000032
并选取
Figure BDA0003811136590000033
的初 值。其中，σij为管材应力分量；
Figure BDA0003811136590000034
为管材面内非主轴方向(非轴向和环向) 的i个各向异性系数；
步骤九、按照步骤一至步骤七中的试样、模具尺寸，建立有限元模型，并 选取步骤八中所建立的塑性本构模型，进行有限元模拟，提取模拟后试样小孔 边缘轮廓形状并记录为
Figure BDA0003811136590000035
步骤十、反复迭代更新确定塑性本构模型中待定参数所需的面内非主轴方 向的各向异性系数
Figure BDA0003811136590000036
直至有限元模拟获得的小孔边缘轮廓形状与实验结 果对比在设定的误差范围内，则此时的
Figure BDA0003811136590000037
即为薄壁管的真实性能值。
步骤十一、进一步通过确定的
Figure BDA0003811136590000038
建立薄壁管精确的各向异性塑性 本构模型。
进一步，步骤一中待测管坯的总长可以根据国家标准《金属材料管测定 双轴应力-应变曲线的液压胀形试验方法》(GB/T 38719-2020)确定，即
L＝2Lc+L0+5 (1)
其中，Lc为加持区长度，以哈尔滨工业大学设计的管材力学性能测试系统THF.HIT-160/110-A为例Lc＝55mm，L0为胀形区长度，L0＝(1.0～3.0)D0，推荐 L0＝(1.0～1.5)D0，其中D0为管材初始外径，单位为mm。
进一步，步骤二中内层管的尺寸应满足长度与试样一致，内层管外径应小 于试样内径0.3～1mm，以便于在一定润滑条件下能够顺利的将内层管置入，内 层管的材料应遵循“内强外弱”原则，选择强度高于试样的材料。
进一步，步骤三中在胀形区壁厚均匀部分开孔的尺寸应满足
D＝[1,5] (2)
其中，D为开孔直径，单位为mm。
进一步，步骤五中快速加压转慢速加压的临界值应满足
Figure BDA0003811136590000041
即胀形内压由快速加压转为慢速加压的临界值不能超过理论胀破内压的80％，其中，p临为快速加压转慢速加压的临界压力值；Rm为管材轴向抗拉强度，按 照GB/T 228.1测得；t0为管材初始壁厚，单位为mm。
进一步，步骤六中实验后试样通过实验前标记的测量点如图11所示，利 用游标卡尺进行测量记录。
进一步，步骤八中塑性本构模型的选取可以遵循以下要求：对于铝合金可 以选则barlat89、hill90、Yld2000屈服准则；对于不锈钢、高强钢选Hill48、 Yld2000屈服准则。
进一步，步骤十中是通过Nelder-Mead单纯形法进行迭代，当误差满足以 下条件时停止迭代，并输出
Figure BDA0003811136590000042
Figure BDA0003811136590000043
其中P为
Figure BDA0003811136590000044
N为实验点的数量，
Figure BDA0003811136590000045
和
Figure BDA0003811136590000046
分别是实验响应和相应 的模拟响应。δ为最大误差的取值，取0.1，若能达到更高的测量精度可以选 择更小的δ值。
进一步，步骤十一中是通过塑性流动准则，利用确定的
Figure BDA0003811136590000051
建立薄 壁管精确的各向异性塑性本构模型的公式。
Figure BDA0003811136590000052
其中，g为塑性本构模型函数；σz为管材轴向应力分量；σθ为管材环向应力分 量；σzθ为管材面内剪切应力分量。
上述方程的求解可以使用Matlab程序通过牛顿法、二分法、插值法、最 小误差法等方法进行求解。
本发明的有益效果是：
一、带小孔管胀形实验能反映管材非主轴方向材料的塑性流动情况，例如 与管材轴向成45度、30度等夹角方向材料的塑性流动，突破了现有管材力学 性能测试方法均无法反映管材非主轴方向材料塑性流动的难题。
二、可建立薄壁管精确的各向异性塑性本构模型，为复杂结构薄壁管类构 件的精确数值模拟提供基本保证。
三、可准确确定反映薄壁管面内非主轴方向塑性流动特性的各向异性系 数，为管材各向异性特性的评价提供指导。
四、实验原理简单，实验的影响因素少，实验过程中的摩擦对实验结果的 影响几乎可以忽略。
五、实验中试样所受的应力状态与复杂结构薄壁管类构件成形时一致，能 更准确地反映薄壁管的力学特性；
六、试样为管状，不破坏待测管材试样的曲率，不会引入额外的预变形、 预硬化；
七、实验基于管材自由胀形实验，无需设计新的实验设备。
八、可用于确定各种薄壁管材的精确的各向异性塑性本构模型，如铝合金、 钛合金、镁合金、高强钢等管材，适用范围广泛。
附图说明
图1为本发明所提出的基于带小孔管状试样确定金属各向异性本构模型的 方法的流程图。
图2为本发明所提出的基于带小孔管状试样确定金属各向异性本构模型的 实验过程示意图。
图3为本发明所述的定义管材面内轴向、环向和与轴向成任意角度
Figure BDA0003811136590000061
方向 的示意图。
图4为本发明所述的中间位置开小孔的管状试样。
图5为本发明所述的管材自由胀形装置示意图。
图6为本发明所述的管材自由胀形模具，(a)为一个视角，(b)为另一个 视角。
图7为本发明所述的带小孔管状试样自由胀形前整体示意图，(a)为一个 视角，(b)为另一个视角。
图8为本发明所述的带小孔管状试样自由胀形后整体示意图，(a)为一个 视角，(b)为另一个视角。
图9为本发明所述的带小孔管状试样自由胀形后试样示意图，(a)为整体 视角，(b)为小孔局部视角。
图10为本发明所述的管材面内各向异性分布图。
图11为本发明所述的带小孔管材试样测量点示意图。
图12为本发明所述的带小孔管材试样自由胀形达到同一胀形高度后小孔 形状表征各向异性特征示意图。
图13为本发明所述的具体实施例中实验所采用的冲头、夹具等模具工装 的尺寸图，(a)为冲头尺寸图，(b)为加紧套尺寸图，(c)为顶杆尺寸图。
图14为本发明所述的具体实施例中测量待测铝合金管状试样环向壁厚分 布如图。
图15为本发明所述的具体实施例中孔周标记测量点示意图。
图中：1面内
Figure BDA0003811136590000071
方向与管材轴向的夹角；2支座；3冲头；4左连接板；5 右连接板；6加紧套；7拉杆；8油缸座；9油缸；10滑动轴承、导套；11调 节块；12底座；13小孔周围测量点。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的实施例。
实施例一：结合图1至图12说明，本实施方式的基于带小孔管状试样确 定金属各向异性本构模型的方法是按照以下步骤实现的：
步骤一、参考国家标准《金属材料管测定双轴应力-应变曲线的液压胀 形试验方法》(GB/T 38719-2020)确定待测管状试样的尺寸以及对应实验所采 用的冲头、夹具等模具工装的尺寸。
步骤二、根据待测管状试样确定内层管几何尺寸及材料，内层管的尺寸应 满足长度与试样一致，内层管外径应小于管状试样内径1～2mm，以便于在一 定润滑条件下能够顺利的将内层管置入，内层管的材料应遵循“内强外弱”原 则，选择强度高于管状试样的材料。
步骤三、测量待测管状试样环向壁厚分布，在壁厚分布均匀的部位标记管 状试样中间位置、孔边壁厚测量点位置，并在待测管状试样所标记小孔形状的 位置开一个合适的孔，并在孔周标记测量点，如图4所示；
步骤四、将内层管置于待测管状试样中，安装双层管到管材自由胀形设备 中，安装顺序为：左塞头-管状试样-右塞头-调节块，启动泵站，水平密封油缸 前进，扩口密封；
步骤五、试样安装完毕后，检查实验装置完好，先进行快速加压，内压达 到一定值时自动转换为慢速加压，一般该值≤理论胀破内压的80％，直到管状 试样达到所需的胀形高度。如图8所示；
步骤六、取出实验后的试样，测量实验后试样小孔边缘轮廓形状并记录为
Figure BDA0003811136590000081
步骤七、分别通过管材轴向单拉试验和管材双轴可控加载胀形实验或环向 拉伸试验测出待测管材两个主轴方向(轴向和环向)的各向异性系数r0和r90。
步骤八、选择塑性本构模型
Figure BDA0003811136590000082
并选取
Figure BDA0003811136590000083
的初值。其 中，σij为管材应力分量；
Figure BDA0003811136590000084
为管材面内非主轴方向(非轴向和环向)的i 个各向异性系数；
步骤九、按照步骤一至步骤七中的试样、模具尺寸，建立有限元模型，并 选取步骤八中所建立的塑性本构模型，进行有限元模拟，提取模拟后试样小孔 边缘轮廓形状并记录为
Figure BDA0003811136590000091
如图9所示；
步骤十、利用Nelder-Mead单纯形法反复迭代更新确定塑性本构模型中待 定参数所需的面内非主轴方向的各向异性系数
Figure BDA0003811136590000092
直至有限元模拟获得的 小孔边缘轮廓形状与实验结果对比在设定的误差范围内，则此时的
Figure BDA0003811136590000093
即为 薄壁管的真实性能值。
步骤十一、进一步通过确定的
Figure BDA0003811136590000094
带入到塑性流动准则中，建立薄 壁管精确的各向异性塑性本构模型。
进一步的，步骤五中可以先进行一次胀形实验，测出小孔开裂时的极限内 压ps，在正式实验中最大胀形内压pmax建议取pmax＝(95％～99％)ps，以保证各向 异性特征显著表征。
进一步的，步骤五中可以选择充入高压气体、填充聚氨酯、粘性介质胀形 测试或采用耐高压胶管代替内层管等进行自由胀形实验。
进一步的，所述步骤八中，塑性本构模型
Figure BDA0003811136590000095
为Hill系列屈 服函数、Barlat89屈服函数或Yld2000-2d屈服函数等，有限元模拟软件可以为 Ls-dyna、Dynaform或Abaqus等。
实施例二：步骤一中所述的待测管状试样为金属管坯，例如可以为铝合金、 低碳钢和高强钢、镁合金、硬质合金和高温合金其中之一。其他步骤，与实施 例一相同。
实施例三：步骤二中所述的内层管材料可以为铝合金、低碳钢和高强钢、 镁合金、硬质合金和高温合金其中之一，满足“内强外弱”原则即可。其他步 骤，与实施例一相同。
实施例四：步骤二中从待测管材上裁切试样的方法可以是钻孔、电火花穿 孔、激光打孔，也可以是水钻。其他步骤，与实施例一相同。
具体举例说明如下：
以外径60mm，壁厚2mm的AA6061铝合金管材为例，结合图13～15说 明本发明的实施过程：
步骤一、参考国家标准《金属材料管测定双轴应力-应变曲线的液压胀 形试验方法》(GB/T 38719-2020)确定待测管状试样的总长度为160mm，对应 实验所采用的冲头、夹具等模具工装的尺寸如图13所示。
步骤二、根据待测铝合金管状试样确定内层管的外径为55mm、壁厚为 1mm、总长为160mm。根据“内强外弱”原则，选择内层管材料为304不锈 钢管。
步骤三、测量待测铝合金管状试样环向壁厚分布如图14所示，在壁厚分 布均匀的部位标记管状试样中间位置、孔边壁厚测量点位置，并在待测管状试 样所标记小孔形状的位置开一个2mm的孔，并在孔周标记测量点，如图15所 示；
步骤四、将内层管置于待测管状试样中，安装双层管到管材自由胀形设备 中，安装顺序为：左塞头-管状试样-右塞头-调节块，启动泵站，水平密封油缸 前进，扩口密封；
步骤五、试样安装完毕后，检查实验装置完好，计算理论胀破内压为 30MPa，先进行快速加压，内压达到10MPa后自动转换为慢速加压，直到管 状试样达到胀形高度2.10mm，停止加压，泄压；
步骤六、取出实验后的试样，测量实验后试样小孔边缘轮廓形状并记录为
Figure BDA0003811136590000101
步骤七、通过轴向单拉和环向拉伸试验测出AA6061铝合金管材两个主轴 方向(轴向和环向)的各向异性系数r0和r90分别为0.70、0.84，轴向的屈服应 力σ0为103MPa；
步骤八、选择Barlat89塑性本构模型，即：
Figure BDA0003811136590000116
其中：
Figure BDA0003811136590000111
Figure BDA0003811136590000112
式中：σe为沿管材轴向单拉流动应力；a、c、h、p为Barlat89塑性本构关系 模型的系数，由式(8)可知a、c、h可由r0和r90确定，所以实际待定系数仅1个 p，因此可以选择1个
Figure BDA0003811136590000113
确定，下面将选择最常用的r45确定，r45为管材面内与 轴向夹角为45°方向的各向异性系数，选取r45的初值为1.0；σz,σθ,σzθ分别为轴 向应力分量、环向应力分量和面内剪切应力分量。
步骤九、按照步骤一至步骤七中的试样、模具尺寸，建立有限元模型， 并选取步骤八中所建立的塑性本构模型，进行有限元模拟，提取模拟后试样小 孔边缘轮廓形状并记录为
Figure BDA0003811136590000114
步骤十、利用Nelder-Mead单纯形法反复迭代更新确定塑性本构模型中待 定参数所需的面内非主轴方向的各向异性系数r45，当r45＝0.74时，有限元模拟获 得的小孔边缘轮廓形状与实验结果对比
Figure BDA0003811136590000115
在设定的误 差δ＝0.1范围内，则薄壁管真实的r45即为0.74；
步骤十一、进一步将r0＝0.70,r90＝0.84,r45＝0.74代入到塑性流动准则中，建立薄壁管精确的各向异性塑性本构模型为：
Figure BDA0003811136590000121
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本 技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或 替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于带小孔管状试样确定金属各向异性本构模型的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、参考国家标准《金属材料管测定双轴应力-应变曲线的液压胀形试验方法》确定待测管状试样的尺寸以及对应所采用的冲头、夹具的尺寸；
步骤二、根据待测管状试样确定内层管几何尺寸及材料；
步骤三、在待测管状试样的端部测量待测管状试样环向壁厚分布，在壁厚分布均匀区域的管材表面绘制一条母线，在母线的正中间点处开一个小孔，在小孔一周的轴向、45°方向以及环向做位置标记，作为后续壁厚测量点；
步骤四、将内层管置于待测管状试样中，安装双层管到管材自由胀形设备中，安装顺序为：左加紧块-内置有内层管的待测管状试样-右加紧块-调节块，启动泵站，水平密封油缸前进，扩口密封；
步骤五、待测管状试样安装完毕后，检查实验装置完好，先进行快速加压，内压达到设定值后自动转换为慢速加压，直到待测管状试样达到所需的胀形高度；
步骤六、取出胀形后的试样，测量胀形后试样上小孔边缘轮廓形状并记录为孔径
Figure FDA0003811136580000011
步骤七、分别通过实验方法测出待测管材两个主轴方向即轴向和环向的各向异性系数r0和r90；
步骤八、选择塑性本构模型
Figure FDA0003811136580000012
并选取
Figure FDA0003811136580000013
的初值；其中，σij为管材应力分量；
Figure FDA0003811136580000014
为管材面内非主轴方向的i个各向异性系数；
步骤九、按照步骤一至步骤七中的试样、模具尺寸，建立有限元模型，并选取步骤八中所建立的塑性本构模型，进行有限元模拟，提取模拟后试样小孔边缘轮廓形状并记录为
Figure FDA0003811136580000015
步骤十、反复迭代更新确定塑性本构模型中待定参数所需的面内非主轴方向的各向异性系数
Figure FDA0003811136580000021
直至有限元模拟获得的小孔边缘轮廓形状与实验结果对比在设定的误差范围内，则此时的
Figure FDA0003811136580000022
即为薄壁管的真实性能值；
步骤十一、进一步通过确定的
Figure FDA0003811136580000023
建立薄壁管精确的各向异性塑性本构模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，待测管状试样的总长取
L＝2Lc+L0+5 (1)
其中，Lc为加持区长度，L0为胀形区长度；取L0＝(1.0～3.0)D0，D0为待测管状试样的初始外径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二中，内层管的尺寸满足长度与待测管状试样一致，内层管外径比待测管状试样内径小0.3～1mm；内层管的材料遵循“内强外弱”原则，选择强度高于待测管状试样的材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三中，在胀形区壁厚均匀部分开孔的尺寸满足
D＝[1,5] (2)
其中，D为开孔直径，单位为mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤五中，快速加压转慢速加压的临界值应满足
Figure FDA0003811136580000024
即胀形内压由快速加压转为慢速加压的临界值不能超过理论胀破内压的80％，其中，p临为快速加压转慢速加压的临界压力值；t0为管材初始壁厚，单位为mm；Rm为管材轴向抗拉强度，按照GB/T 228.1测得，其中快速加压速率在1MPa/s～3MPa/s之间，慢速加压速率在0.2MPa/s～0.6MPa/s之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤六中，胀形后试样通过实验前标记的测量点利用游标卡尺进行测量记录。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤八中，塑性本构模型的选取可以遵循以下要求：对于铝合金选择barlat89、hill90、Yld2000屈服准则；对于不锈钢、高强钢选Hill48、Yld2000屈服准则。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤十中，是通过Nelder-Mead单纯形法进行迭代，当误差满足以下条件时停止迭代，并输出
Figure FDA0003811136580000031
Figure FDA0003811136580000032
其中，P为
Figure FDA0003811136580000033
N为实验点的数量，
Figure FDA0003811136580000034
和
Figure FDA0003811136580000035
分别是实验响应和相应的模拟响应。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤十一中，通过塑性流动准则，利用确定的
Figure FDA0003811136580000036
建立薄壁管精确的各向异性塑性本构模型的公式；
Figure FDA0003811136580000041
其中，g为塑性本构模型函数；σz为管材轴向应力分量；σθ为管材环向应力分量；σzθ为管材剪切应力分量；
上述方程的求解使用Matlab程序通过牛顿法、二分法、插值法或最小误差法进行求解。
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Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0505039D0 (en) * 2005-03-11 2005-04-20 Eventure Global Technology Pipe formability evaluation for expandable tubulars
US20050126266A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-16 Underground Solutions Technologies Group, Inc. Method for determining pressure capability in conduit
US20060112768A1 (en) * 2002-09-20 2006-06-01 Mark Shuster Pipe formability evaluation for expandable tubulars
US20090024335A1 (en) * 2007-07-16 2009-01-22 Airbus France Method, system, and computer program product for calculating the residual stress equilibrium of two concentric cylinders coldworked by a loading-unloading expansion process
US7513167B1 (en) * 2006-06-16 2009-04-07 Shosei Serata Single-fracture method and apparatus for automatic determination of underground stress state and material properties
JP2009222652A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Nippon Steel Corp 拡管性評価試験機及び拡管性評価試験方法
CN102866064A (zh) * 2012-09-28 2013-01-09 哈尔滨工业大学 一种双向加压条件下管材胀形成形极限测试装置及方法
US20140007695A1 (en) * 2012-07-05 2014-01-09 Halliburton Energy Services, Inc. Cement testing
CN104634665A (zh) * 2014-09-12 2015-05-20 北京航空航天大学 一种管材充液胀形试验方法及装置
JP2016015092A (ja) * 2014-07-03 2016-01-28 国立大学法人東京農工大学 シミュレーション装置、シミュレーション方法およびプログラム
CN107941609A (zh) * 2017-10-31 2018-04-20 太原理工大学 一种建立薄壁管材成形极限图的方法和装置
JP2019124475A (ja) * 2018-01-12 2019-07-25 日本製鉄株式会社 拡管の評価方法、拡管評価用金型、拡管用評価管
CN110763568A (zh) * 2019-11-28 2020-02-07 大连理工大学 一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法
CN110849727A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 大连理工大学 一种管材各向异性参数的确定方法
CN111992611A (zh) * 2020-06-18 2020-11-27 哈尔滨工业大学（威海） 一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法及装置
CN112924286A (zh) * 2021-02-05 2021-06-08 大连理工大学 一种测试薄壁管材面内各向异性变形的拉深实验方法
CN114295544A (zh) * 2021-12-28 2022-04-08 河南驼人医疗器械研究院有限公司 一种软基体涂层附着性能测试装置及表征方法

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060112768A1 (en) * 2002-09-20 2006-06-01 Mark Shuster Pipe formability evaluation for expandable tubulars
US20050126266A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-16 Underground Solutions Technologies Group, Inc. Method for determining pressure capability in conduit
GB0505039D0 (en) * 2005-03-11 2005-04-20 Eventure Global Technology Pipe formability evaluation for expandable tubulars
US7513167B1 (en) * 2006-06-16 2009-04-07 Shosei Serata Single-fracture method and apparatus for automatic determination of underground stress state and material properties
US20090024335A1 (en) * 2007-07-16 2009-01-22 Airbus France Method, system, and computer program product for calculating the residual stress equilibrium of two concentric cylinders coldworked by a loading-unloading expansion process
JP2009222652A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Nippon Steel Corp 拡管性評価試験機及び拡管性評価試験方法
US20140007695A1 (en) * 2012-07-05 2014-01-09 Halliburton Energy Services, Inc. Cement testing
CN102866064A (zh) * 2012-09-28 2013-01-09 哈尔滨工业大学 一种双向加压条件下管材胀形成形极限测试装置及方法
JP2016015092A (ja) * 2014-07-03 2016-01-28 国立大学法人東京農工大学 シミュレーション装置、シミュレーション方法およびプログラム
CN104634665A (zh) * 2014-09-12 2015-05-20 北京航空航天大学 一种管材充液胀形试验方法及装置
CN107941609A (zh) * 2017-10-31 2018-04-20 太原理工大学 一种建立薄壁管材成形极限图的方法和装置
JP2019124475A (ja) * 2018-01-12 2019-07-25 日本製鉄株式会社 拡管の評価方法、拡管評価用金型、拡管用評価管
CN110763568A (zh) * 2019-11-28 2020-02-07 大连理工大学 一种管材任意方向厚向异性系数的确定方法
CN110849727A (zh) * 2019-11-28 2020-02-28 大连理工大学 一种管材各向异性参数的确定方法
CN111992611A (zh) * 2020-06-18 2020-11-27 哈尔滨工业大学（威海） 一种由金属管材直接热成形双金属复合管件的方法及装置
CN112924286A (zh) * 2021-02-05 2021-06-08 大连理工大学 一种测试薄壁管材面内各向异性变形的拉深实验方法
CN114295544A (zh) * 2021-12-28 2022-04-08 河南驼人医疗器械研究院有限公司 一种软基体涂层附着性能测试装置及表征方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANLI LIN、YIFANWANG、YIBO SU、JUNPENG LIU、KELIN CHEN、ZHUBIN HE: "Identification of Anisotropic Coefficients in the Non-Principal Axis Directions of Tubular Materials Using Hole Bulging Test", MATERIALS, no. 16, 27 June 2023 (2023-06-27), pages 4629 *

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