(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210590129.7 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210000 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 程诚　吕学良　邓炀炀　郭训忠　 陶杰　刘春梅　 (74)专利代理 机构 上海恩凡知识产权代理有限 公司 31459 专利代理师 李强 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) B21D 7/08(2006.01) B21D 7/12(2006.01) B21D 7/16(2006.01)G06F 113/14(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 三维自由弯曲的管材轴线形状成形方法及 装置 (57)摘要 本发明公开了一种三维自由弯曲的管材轴 线形状成形方法及装置， 根据所需的缓和曲线长 度和弧段的半径计算出三次抛物线方程中的参 数， 从而确定三次抛物线形状， 将连接后管材的 轴线绘制出， 提取轴线坐标， 通过管材轴线和弯 曲模位姿之间的映射关系得到弯曲模的运动规 律， 输入到三维自由弯曲有限元模 型中进行成形 模拟， 同时引入修正因子α， 将模拟结果与目标 构件对比， 计算其形状偏差， 若偏差不在要求范 围内， 则对修正因子进行迭代修正， 直至偏差达 到要求范围内视为工艺完成， 本发 明能实现段与 段之间的连续平滑连接， 有效减少了管材在弯曲 过程中所受的应力， 改善表面质量， 同时减少截 面畸变率。 权利要求书4页 说明书10页 附图4页 CN 115062505 A 2022.09.16 CN 115062505 A 1.三维自由弯曲的管材轴 线形状成形方法， 其特征在于， 首先确定连接形式， 接着测量 两个待连接段 的几何尺寸参数， 计算出所需缓和曲线长度， 根据所需的缓和曲线长度和弧 段的半径计算出三次抛物线方程中的参数， 从而确定三次抛物线形状， 将连接后管材 的轴 线绘制出， 提取轴线坐标， 通过管材轴线和弯曲模位姿之间的映射关系得到弯曲模的运动 规律， 输入到三维自由弯曲设备中进行成形模拟， 同时引入修正因子α， 将模拟结果与目标 构件对比， 计算其形状偏差， 若偏差不在要求范围内， 则对修正因子进行迭代修正， 直至偏 差达到要求范围内视为工艺完成。 2.根据权利要求1所述的三维自由弯曲的管材轴 线形状成形方法， 其特征在于， 包括以 下步骤： 第一步， 确定连接形式。 对于直段 ‑弯段连接， 假定缓和曲线起点横坐标为0， 建立目标 弯管构件弧段半径R， 所需缓和曲线长度S， 三次抛物线方程中的参数C， 缓和曲线终点横坐 标X之间的数量关系如下 所示： S＝R*arcsi n(A/R) 对于弯段 ‑弯段连接， 假定缓和曲线起点横坐标为X1， 建立目标弯管构件第一个 弧段半 径R1， 第二个弧段半径R2， 假定R1<R2， 所需缓和曲线长度S， 三次抛物线方程中的参数C， 缓 和曲线终点横坐标 X2之间的数量关系如下 所示： S＝(R1+R2)/2*arcsi n(2A/(R1+R2)) 用以上关系式即可解出三次抛物线方程中的参数C， 确定三次抛物线形状； 第二步， 将连接后的管材轴 线绘制出， 提取轴 线坐标， 通过管材轴 线和弯曲模位姿之间 的映射关系得到弯曲模的运动规 律； 第三步， 建立三维自由弯曲有限元模型， 将第二步得到的弯曲模运动规律输入到有限 元模型中进行计算， 将得到的计算结果导入几何软件中处理， 对比其与几何模型 的形状偏 差； 第四步， 若第三步的偏差值不在要求范围内， 则在三次抛物线方程中引入修正因子α，权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115062505 A 2通过有限元反复迭代计算对修 正因子α 进行修 正， 直至偏差值符合要求； 第五步， 将修正后的弯曲模运动规律输入到三维自由弯曲成形设备中， 进行实 际弯曲 成形。 3.根据权利要求2所述的三维自由弯曲的管 材轴线形状成形 方法， 其特 征在于： 对于直段 ‑弯段连接， 假定缓和曲线起点横坐标为0， 建立目标弯管构件弧段半径R， 所 需缓和曲线长度S， 三次抛物线参数C， 缓和曲线终点横坐标 X之间的数量关系如下 所示： S＝R*arcsi n(A/R) 对于弯段 ‑弯段连接， 假定缓和曲线起点横坐标为X1， 建立目标弯管构件第一个 弧段半 径R1， 第二个弧段半径R2， 假定R1＜R2， 所需缓和曲线长度S， 三次抛物线参数C， 缓和曲线终 点横坐标 X2之间的数量关系如下 所示： S＝(R1+R2)/2*arcsi n(2A/(R1+R2)) 4.根据权利要求1所述的三维自由弯曲的管材轴 线形状成形方法， 其特征在于： 三 次抛 物线方程形式为： 5.根据权利要求1所述的三维自由弯曲的管材轴 线形状成形方法， 其特征在于： 第四步 中， 在三次抛物线方程中引入修 正因子α， 修 正后的三次抛物线方程 为： 6.根据权利要求1所述的三维自由弯曲的管材轴 线形状成形方法， 其特征在于： 第四步 中， 形状偏差要求为有限元迭代计算出的弯曲结果中， 弯曲半径R与几何模型形状偏差小于 1％。 7.一种三维自由弯曲的管材轴 线形状成形装置， 其特征在于， 包括用于对管材A进行弯权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115062505 A 3