超高强度钢板热冲压模具疲劳寿命研究

发布时间：2017-08-30 19:52

  本文关键词：超高强度钢板热冲压模具疲劳寿命研究

  更多相关文章： 热冲压模具 正交试验 数值模拟 疲劳寿命 ABAQUS FE-SAFE

【摘要】：热冲压成形技术是一种将硼钢板加热成形并迅速冷却来获得超高强度钢板的新技术。目前,超高强度钢板以其质量轻、强度高的特点在汽车车身上的应用越来广泛,并已成为减轻车身重量和提高车身碰撞强度及安全性能的重要途径。热冲压模具作为一种新兴的热作模具,其不同于传统热作模具,需承受的温度更高,交替热应力更大,更容易产生金属热疲劳裂纹甚至热疲劳失效问题。研究热冲压模具的疲劳寿命可以降低冲压成本提升市场竞争力。本文首先以热冲压模具为研究对象,根据超高强度钢板热冲压成形中的冷却过程,对热成型模具中的冷却系统建立了有限元模型,对热冲压模具的热应力与热变形的大小和分布进行了研究。用ABAQUS对其保压淬火阶段进行热力耦合模拟仿真,通过基于正交试验设计的数值模拟,考查了管道直径、与上型面距离、两管道间距、与侧型面距离四因素对模具热应力与热变形分布及其大小的影响。优化了冷却水管道的排布参数,综合考虑了多指标因素不同水平下,影响热冲压模具热应力及热变形大小的最优冷却水管道排布。最后对最优的热冲压模具模型进行疲劳寿命计算,对其疲劳寿命进行预测,为热冲压模具的设计提供了数据参考。本文主要研究内容由以下部分组成:第一部分:对热冲压模具进行热冲压成形冷却过程仿真,采用CATIA建立了简化模型,后导入ABAQUS中进行有限元分析,得到热冲压模具在保压过程中的热应力和热变形的分布及大小。第二部分:对热冲压模具的冷却水管道排布进行正交试验设计,对影响热应力和热变形分布及大小的管道排布四因素:管道直径、与上型面距离、两管道间距、与侧型面距离进行了设计。建立了9组模型,最后对试验结果进行数据分析,得出了影响热冲压模具热应力及热变形的最优冷却水管道排布。第三部分:对采用最优冷却水管道排布的热冲压模具模型进行疲劳寿命分析,将最优冷却水管道排布的热冲压模具模型及应力结果导入FE-SAFE软件进行疲劳寿命计算,预测出了该模型下的热冲压模具疲劳寿命,为热冲压模具的设计提供了数据参考。
【关键词】：热冲压模具 正交试验 数值模拟 疲劳寿命 ABAQUS FE-SAFE
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG305
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 选题背景9-11
• 1.2 超高强度钢板热冲压模具国内外研究现状11-12
• 1.2.1 热冲压模具国外研究现状11
• 1.2.2 热冲压模具国内研究现状11-12
• 1.3 课题主要分析方法及发展现状12-13
• 1.3.1 有限元分析及发展现状12
• 1.3.2 正交试验设计及发展现状12-13
• 1.3.3 疲劳寿命预测方法及发展现状13
• 1.4 热冲压模具的疲劳失效13-15
• 1.5 本文研究的主要内容和问题15-16
• 1.5.1 课题研究目的15
• 1.5.2 课题研究主要内容15-16
• 1.6 本章小结16-17
• 第二章 热冲压工艺原理及理论17-29
• 2.1 超高强度钢板热冲压成形技术17-21
• 2.1.1 热冲压成形原理17-18
• 2.1.2 热冲压工艺分类18-19
• 2.1.3 热冲压模具及热冲压冷却技术19-21
• 2.2 流体力学基本原理21-24
• 2.2.1 理想流体、牛顿流体和非牛顿流体21-22
• 2.2.2 层流和湍流22-23
• 2.2.3 流体力学基本方程23-24
• 2.3 传热学基本原理24-25
• 2.3.1 导热24
• 2.3.2 热对流24-25
• 2.3.3 热辐射25
• 2.4 热冲压模具传热分析及计算25-28
• 2.4.1 热冲压模具与冷却介质的对流换热25-27
• 2.4.2 热冲压模具与板料之间的换热27-28
• 2.4.3 热冲压模具与周围环境之间的换热28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 热冲压成形冷却过程仿真29-37
• 3.1 引言29-30
• 3.1.1 CAD软件选型29
• 3.1.2 有限元仿真软件选型29-30
• 3.2 有限元模型的建立30-36
• 3.2.1 模型的描述30-31
• 3.2.2 建立热冲压模具简化模型31-32
• 3.2.3 设置边界条件及载荷32-34
• 3.2.4 有限元模型及网格划分34
• 3.2.5 结果分析34-36
• 3.3 本章小结36-37
• 第四章 热冲压模具冷却系统优化设计37-44
• 4.1 正交试验正交表设计37-38
• 4.2 模型建立38-39
• 4.3 试验结果数据处理39-41
• 4.4 结果分析41-42
• 4.5 本章小结42-44
• 第五章 热冲压模具疲劳寿命分析44-62
• 5.1 疲劳寿命分析相关理论44-52
• 5.1.1 全寿命分析45-46
• 5.1.2 应变疲劳46-48
• 5.1.3 疲劳累积损伤理论48-50
• 5.1.4 疲劳载荷谱处理50-52
• 5.2 疲劳仿真软件选型52
• 5.3 疲劳寿命分析技术路线52-58
• 5.3.1 疲劳载荷谱的确定53-55
• 5.3.2 材料的S-N曲线55-57
• 5.3.3 应力集中系数的选择57
• 5.3.4 疲劳算法的选择57-58
• 5.4 热冲压模具疲劳寿命分析58-62
• 5.4.1 导入有限元结果58-59
• 5.4.2 疲劳寿命结果及分析59-61
• 5.4.3 本章小结61-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 结论62-63
• 6.2 展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士期间发表的论文及科研情况68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 蔡玉俊;王玉广;李国和;孙奇涵;;超高强度钢板热冲压成形CAE技术的研究现状与发展趋势[J];锻压技术;2011年04期

2 王立影;林建平;朱巧红;田浩彬;胡琦;;热冲压成形模具冷却系统临界水流速度研究[J];机械设计;2008年04期

3 高云凯;高大威;余海燕;邓有志;;汽车用高强度钢热成型技术[J];汽车技术;2010年08期

4 李辉平;赵国群;张雷;贺连芳;;超高强度钢板热冲压及模内淬火工艺的发展现状[J];山东大学学报(工学版);2010年03期

5 林建平;王立影;田浩彬;孙国华;王芝斌;;超高强度钢板热冲压成形研究与进展[J];热加工工艺;2008年21期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 周全;汽车超高强度硼钢板热成形工艺研究[D];同济大学;2007年

，

本文编号：761123