先进高强度双相钢拼焊板冲压成形特性研究与数值模拟

发布时间：2017-08-14 20:21

  本文关键词：先进高强度双相钢拼焊板冲压成形特性研究与数值模拟

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【摘要】：在汽车工业领域,使用先进高强度双相钢拼焊板技术来制造车身零部件逐渐成为节能减排和可持续发展的有效途径之一。先进高强度双相钢以其优良的力学性能和耐腐蚀性能,成功地用于汽车、机械等产业中,但是在成形复杂零件和大变形零件时对设备和工艺的要求比较苛刻。拼焊板技术有利于充分发挥材料性能,还能够降低设备成本和生产成本,是汽车轻量化的主要手段之一。但是拼焊板母材厚度和材料性能的差异外加焊缝特性的影响,导致在成形过程当中拼焊板的成形性与普通整板坯料存在很大的不同。有限元数值模拟在零件和产品设计以及制造过程中的地位越来越举足轻重,并开始向拼焊板零件的成形模拟领域渗透。如何合理地对焊缝及其热影响区进行有限元建模已经成为国内各大科研院校的专家学者所研究的重点和难点之一。本文以先进高强度双相钢为研究对象,采用激光拼焊和拉深冲压复合成形的工艺,将有限元模拟试验和物理试验相结合的试验方法,着重就焊缝有限元模型对拼焊板冲压成形过程数值模拟结果可能造成的影响进行了较为系统的研究,同时还探索了各种成形工艺和参数对拼焊板冲压成形性的影响,优化先进高强度双相钢拼焊板的冲压工艺。本文获得的主要研究成果:(1)对两种等厚均质双相钢板拉伸试样、异质等厚先进高强度双相钢拼焊板(纵向焊缝/横向焊缝/?45焊缝)进行单向拉伸试验,获得了先进高强度双相钢母材和拼焊钢板基本力学性能参数。同时借助了金相试验和显微硬度试验研究了焊接母材及焊缝的组织成分和维氏硬度,分析了板料宏观性能及其微观原因。(2)提出了一种等效焊缝模型,并与传统简易焊缝模型进行对比,对先进高强度双相钢拼焊板典型方盒件的拉深成形过程进行了数值模拟试验,通过对板料成形过程中应力-应变、焊缝偏移量、板料厚度、冲压力等指标的对比分析,探索了不同的焊缝有限元模型在实际方盒件冲压过程有限元数值模拟结果的差异。并且把拼焊板方盒形零件冲压成形过程的数值模拟结果与实际拉深物理试验的结果进行对比,发现等效焊缝模型与试验结果更吻合,同时对影响拼焊钢板冲压成形性的关键工艺因素进行了分析和优化。
【关键词】：冲压成形 激光拼焊板 先进高强度双相钢 焊缝模型 数值模拟
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG386
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 课题研究背景13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 先进高强度双相钢拼焊板成形性能研究现状14-15
• 1.2.2 拼焊板成形性能研究现状15-16
• 1.2.3 基于有限元法进行的冲压成形模拟的研究现状16-18
• 1.3 课题研究主要内容及研究目的18-20
• 第二章 先进高强度双相钢拼焊板力学性能测试研究20-45
• 2.1 先进高强度双相钢板的选择20
• 2.2 双相钢板力学性能测试试验20-25
• 2.3 超高强度双相钢拼焊板焊接性能分析25-27
• 2.3.1 碳当量分析25
• 2.3.2 冷裂纹可能性分析25-26
• 2.3.3 热裂纹可能性分析26-27
• 2.4 拼焊钢板试件的制备27-29
• 2.4.1 激光拼焊试验设备及工作原理简介27-28
• 2.4.2 焊接工艺参数的确定28-29
• 2.5 拼焊钢板力学性能测试及分析29-44
• 2.5.1 拼焊钢板拉伸试验29-33
• 2.5.2 拼焊钢板焊缝区域的金相测试试验33-36
• 2.5.3 拼焊钢板单向拉伸受力理论分析36-37
• 2.5.4 拼焊钢板拉伸试验数值模拟37-42
• 2.5.5 拼焊钢板焊缝微区硬度试验42-44
• 2.6 本章小结44-45
• 第三章 先进高强度双相钢拼焊板方盒件冲压成形研究45-55
• 3.1 引言45
• 3.2 方盒件拉深成形工艺及模具设计45-52
• 3.2.1 方盒件拉深成形工艺的理论分析45-46
• 3.2.2 主要成形缺陷46-48
• 3.2.3 拼焊钢板的方盒件拉深成形工艺研究48-49
• 3.2.4 模具几何参数因素49-50
• 3.2.5 方盒件拉深模具设计50-52
• 3.3 拉深成形主要影响因素分析52-54
• 3.3.1 成形工艺参数因素52-53
• 3.3.2 坯料几何因素53-54
• 3.3.3 本文拟研究的主要成形工艺因素54
• 3.4 本章小结54-55
• 第四章 超高强度双相钢拼焊板方盒件拉深成形数值模拟研究55-84
• 4.1 有限元数值模拟模型的建立55-59
• 4.1.1 Dynaform软件简介55
• 4.1.2 焊缝模型的确定55-57
• 4.1.3 工模具模型的确定57-59
• 4.2 方盒件坯料尺寸的确定及实际拉深成形试验59-73
• 4.2.1 坯料尺寸的理论计算59-60
• 4.2.2 成形尺寸数值模拟结果60-71
• 4.2.3 成形尺寸物理测试试验71-72
• 4.2.4 拉深成形物理试验与数值模拟试验结果对比72-73
• 4.3 冲压速度对拼焊钢板成形影响73-76
• 4.3.1 不同冲压速度的数值模拟结果73-76
• 4.3.2 不同冲压速度的冲压物理试验结果76
• 4.4 压边力加载方式对拼焊钢板成形影响76-80
• 4.4.1 不同压边力加载方式的数值模拟结果76-79
• 4.4.2 不同压边力加载方式的物理试验结果79-80
• 4.5 摩擦条件对拼焊钢板成形影响80-83
• 4.5.1 不同摩擦条件下数值模拟结果80-82
• 4.5.2 不同摩擦条件下物理试验结果82-83
• 4.6 本章小结83-84
• 第五章 基于改进的逆向有限元法的坯料优化研究84-92
• 5.1 引言84
• 5.2 改进的逆向有限元法介绍84-87
• 5.2.1 基础理论和方法84-85
• 5.2.2 运动方程和几何关系85-87
• 5.2.3 单元公式与虚功方程87
• 5.3 采用优化前后坯料的模拟试验及结果分析87-91
• 5.3.1 工件模面设计与网格划分87-88
• 5.3.2 坯料轮廓线确定及网格划分88-89
• 5.3.3 拉深成形模拟试验及结果分析89-90
• 5.3.4 优化坯料拉深成形试验及结果分析90-91
• 5.4 本章小结91-92
• 第六章 总结与展望92-94
• 6.1 总结92-93
• 6.2 展望93-94
• 参考文献94-99
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果99-100
• 致谢100-101

【参考文献】

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本文编号：674527