金属管材能够满足产品轻量化、强韧化和低消耗等要求，在航空航天、船舶、化工等高技术领域得到了广泛应用。随着对产品成形精度要求的不断提高，弯管零件的空间形状越来越复杂，加工难度也越来越大。管材塑性弯曲成形是一个集材料非线性、几何非线性和边界条件非线性于一体的复杂过程，弯曲成形后容易产生回弹、外侧壁厚变薄甚至开裂、内侧壁厚增大乃至失稳起皱、横截面畸变等质量缺陷。因此，利用科学的方法减少弯管成形缺陷对于提高弯管一次性成形率和装配精度具有重要的理论意义和实用价值。

本书介绍了北京理工大学数字化制造研究所在国防基础科研项目资助下所进行的管材弯曲成形研究的部分成果，重点介绍了管材力学性能参数确定、弯管成形质量理论计算模型构建、管材弯曲有限元模型建立、弯管成形质量的影响因素及影响规律分析以及工艺参数优化技术等。主要研究内容如下： 

(1) 通过管段拉伸试验分析管材力学性能变化规律，提出了基于神经网络的管材力学性能参数确定方法，为提高成形质量预测精度奠定了基础； 应用塑性成形原理建立管材沿切向和周向的力学平衡微分方程，分析了管材弯曲过程中的应力应变状态； 提出应变中性层和应力中性层位置的计算方法，在此基础上，求得管材塑性弯曲力矩。

(2) 分析了管材塑性弯曲成形后的回弹、横截面畸变和壁厚变化产生机理，提出并构建了基于管材本构关系的回弹预测模型，从力学性能的角度解释了回弹的产生机理； 建立了考虑横截面畸变的三向应变公式，根据管材弯曲变形特点，推导出弯管横截面内、外径短轴变化率的理论计算公式； 在考虑横截面畸变交互影响的前提下，推导出壁厚变化计算公式，分析了管材弯曲成形极限。

(3) 基于数值模拟技术实现管材塑性弯曲成形过程有限元建模，建立包括材料参数、几何参数和工艺参数在内的全参数化有限元模型，分析弯管成形过程中的应力应变分布状态，验证理论分析的正确性； 通过LSPREPOST二次开发实现弯管成形质量数据的自动提取，并利用反算法和坐标变换实现多弯段管材的空间形态预测。

(4) 在管材塑性弯曲成形有限元模型构建的基础上，针对各参数对弯管成形质量的影响规律进行分析研究。分析认为，芯轴间隙、芯轴伸出量、压模压力和助推力是影响弯管成形质量最显著的工艺参数； 根据管材弯曲力矩建立管材力学性能参数、几何参数以及弯曲半径等与压模压力的函数关系，解决了压模压力初值和助推力取值范围难以确定的问题。以四个显著性工艺参数为优化对象，以壁厚减薄率、横截面畸变率和起皱值最小为优化目标，实现基于试验、神经网络与粒子群优化算法的管材弯曲工艺参数优化策略。

(5) 基于以上研究成果，以管材弯曲工艺数据库为支撑，开发了管材弯曲成形质量预测系统，实现了该系统与其他各分系统的集成运行和资源共享，最后结合应用实例对研究成果进行了验证。

参加本书所涉及内容研究的项目组主要成员有北京理工大学的唐承统教授、项目组组长宁汝新教授、刘检华教授以及高战地博士、程鹏志硕士、刘宁宁硕士、赵铄硕士、王文刚硕士、郭玉睿硕士、陈通硕士等。在弯管实验部分得到了航天一院211厂和航天五院529厂相关人员的大力支持和帮助。本书出版由北京物资学院著作出版基金资助，在此一并表示感谢。

目前管材成形技术仍在不断发展，相关研究工作也在不断深入，加上作者水平有限，书中欠妥之处在所难免，欢迎读者给予批评、指正。

作者

2015年8月