1、輕量化是飛機、汽車等運輸工具節(jié)約燃料、減少廢氣排放的主要手段之一。內(nèi)高壓成形技術(shù)是在內(nèi)壓作用下使管材成為復(fù)雜形狀空心變截面輕量化構(gòu)件的先進技術(shù)。為了提高管材成形性，提出在管材內(nèi)外表面同時施加高壓液體的內(nèi)外復(fù)合加壓成形技術(shù)。本文研制了可實現(xiàn)管材內(nèi)外復(fù)合加壓的實驗裝置，結(jié)合實驗研究、數(shù)值模擬與力學(xué)分析，系統(tǒng)地研究了薄壁管材在內(nèi)外壓復(fù)合作用下的塑性變形行為、壓縮和拉伸失穩(wěn)行為以及起皺和開裂機制，探討該技術(shù)工業(yè)應(yīng)用的可行性。
　　為測試三

2、維應(yīng)力狀態(tài)下各向異性管材的力學(xué)性能，通過塑性增量理論，利用各向異性屈服準則推導(dǎo)了三維應(yīng)力狀態(tài)下管材脹形的等效應(yīng)力與應(yīng)變公式。研制了三維應(yīng)力狀態(tài)下管材力學(xué)性能測試裝置，提出了三維應(yīng)力狀態(tài)下管材力學(xué)性能測試方法。得到了5A02鋁合金管材在0、85MPa和127.5MPa三種外壓條件下的應(yīng)變硬化指數(shù)n值，發(fā)現(xiàn)隨著外壓增加，n值略有增加。
　　研制出可實現(xiàn)管材內(nèi)外復(fù)合加壓的實驗裝置，該裝置實現(xiàn)了分體模具管材外壓密封，突破了外壓、內(nèi)壓和左右

3、兩個沖頭位移的匹配加載與卸載關(guān)鍵技術(shù)。通過對薄壁管材進行內(nèi)壓作用下的起皺實驗研究，揭示了不同內(nèi)壓條件下管材起皺行為及展平過程皺紋的形狀變化規(guī)律。對于5A02鋁合金管材，內(nèi)壓低于1.0ps(初始屈服壓力)時，僅在兩端產(chǎn)生兩個非軸對稱皺紋，展平過程發(fā)生破裂；內(nèi)壓為1.2ps-1.8ps時，形成三個軸對稱皺紋，其中內(nèi)壓為1.2ps-1.6ps時展平結(jié)束形成死皺，內(nèi)壓為1.8ps時皺紋被完全展平。對于彈性模量和屈服強度更高的不銹鋼管，內(nèi)壓在0.

4、6ps-1.4ps時形成三個軸對稱皺紋，展平過程不易形成局部死皺。軸對稱皺紋形狀可以用高斯正態(tài)分布函數(shù)準確地描述，皺紋形狀和尺寸以及皺紋間距可以用高斯函數(shù)中的特征參數(shù)定量地表達。
　　通過對5A02鋁合金管材進行內(nèi)外壓復(fù)合作用下的起皺實驗研究，揭示了外壓對5A02管材起皺行為的影響機理。壓差恒定時，外壓不改變管材的皺紋形狀，因為外壓不改變管材軸向的應(yīng)力分布規(guī)律以及管材等效應(yīng)力；內(nèi)壓恒定時，增加外壓使皺紋由三個軸對稱皺紋轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚€非

5、軸對稱的端部皺紋，外壓抑制中間皺紋的形成；內(nèi)壓變化時，增壓外壓與內(nèi)壓比例也使皺紋數(shù)量發(fā)生變化，但中間皺紋是非軸對稱的。通過數(shù)值模擬和理論分析給出了皺紋形成過程應(yīng)力變化規(guī)律，揭示了內(nèi)外壓復(fù)合作用下管材皺紋發(fā)生與發(fā)展機理：管材端部由于邊緣彎曲效應(yīng)產(chǎn)生了兩個應(yīng)力峰值，在管材兩端先發(fā)生屈服及塑性失穩(wěn)而形成兩個皺紋，若壓差達到1.2ps，則逐漸形成中間皺紋。
　　通過內(nèi)外壓自由脹形和圓角充填實驗研究了三種典型鋁合金管材的塑性變形與拉伸失穩(wěn)行

6、為。最高外壓增加到212.5MPa時，自由脹形過程5A02、2A12及6063三種管材的脹形區(qū)輪廓、極限膨脹率、壁厚分布規(guī)律沒有發(fā)生改變，圓角充填過程5A02管材的極限圓角半徑?jīng)]有發(fā)生變化，表明外壓不會改變管材發(fā)生頸縮前的均勻變形能力。通過力學(xué)分析和數(shù)值模擬揭示了內(nèi)外壓復(fù)合作用下無法提高管材均勻塑性變形能力的機理：加載失穩(wěn)分析發(fā)現(xiàn)內(nèi)外壓復(fù)合作用下管材極限應(yīng)變與外壓無關(guān)；外壓增加，環(huán)向、軸向和法向應(yīng)力降低，靜水壓力增加，但應(yīng)力偏張量并未改

7、變，管材變形方式?jīng)]有發(fā)生改變。
　　采用掃描電鏡研究了外壓對管材開裂行為的影響，發(fā)現(xiàn)隨著外壓增加，管材斷口上的等軸韌窩變扁平，韌窩方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，韌窩數(shù)量、尺寸及所占比例都減少；外壓的增加可以提高管材斷裂極限：對于5A02鋁合金管材，外壓增加到212.5MPa時，自由脹形的等效斷裂應(yīng)變由1.022增加到2.466，提高了141.3％；圓角充填的等效斷裂應(yīng)變由0.860增加到3.054，提高了255.1%；外壓對2A12管材的影響規(guī)律