钢制薄壁管成形极限的实验测定

本研究提出了一种综合实验方法，用于测定焊接薄壁钢管的成形与断裂极限，重点探讨了焊缝效应和制造引起的各向异性。该方法结合了纵向和横向单轴拉伸试验（使用从相对于焊缝不同位置切取的试样）以及基于弹性体的管材胀形试验。采用 Digital Image Correlation 结合时间相关应变分析来确定局部颈缩的起始点，同时通过断裂区域附近的局部应变和厚度测量来辅助确定断裂极限。在所研究的条件下，本实验工作覆盖了主应变空间内从单轴拉伸到近平面应变胀形的应变路径，从而实现了对焊接管材成形极限曲线（Forming Limit Curve）和断裂成形线（Fracture Forming Line）的实验测定。结果表明，机械响应和成形性能具有显著的方向依赖性。横向试样表现出更高的屈服强度和极限抗拉强度，但延展性较低；而纵向试样则表现出更大的延伸率和应变硬化能力。局部应变和断裂受局部厚度变化、焊缝异质性以及制造引起的各向异性的共同作用控制。在纵向试样中，断裂优先沿焊缝发生，而在横向试样中，断裂则发生在远离焊缝的区域，这表明根据加载方向的不同存在截然不同的失效机制。这些发现强调了在评估焊接薄壁管成形性能时考虑焊缝相关异质性和制造历史的必要性。所提出的方法为改进失效预测以及支持焊接管状构件的设计、模拟和优化提供了宝贵的实验数据。