可轧制约束下变厚度薄壁结构的参数化建模及耐撞性优化设计
发布时间：2021-02-25 21:23
随着电动汽车的快速发展,电动汽车的续航里程以及电池包的安全性问题逐步成为人们关注的焦点,而提升电动汽车的轻量化水平和耐撞性是解决上述问题的关键。汽车的前纵梁作为汽车重要的吸能和传力部件在汽车碰撞安全领域起着至关重要的作用,也是CAE工程师研究的热点。因此,由于变厚度板（Variablethickness Rolled Blanks,VRB）显著的优点被广泛应用到前纵梁轻量化及碰撞安全性设计中。目前VRB前纵梁的研究主要以线性厚度分布的VRB板为主,但由于线性厚度分布的VRB板过渡形式单一,优化空间有限。本文提出了双幂函数型VRB结构,并开展了一系列研究。（1）基于单向拉伸试验的等应力原则,设计了一种适用于力学性能测试的等截面VRB板试样,结合DIC技术准确获取不同厚度下VRB板材的应力应变曲线;接着,利用拉格朗日插值函数构建了VRB板任意厚度下的有效应力-有效应变场;最后,开展了变厚度板的硬度实验,研究VRB板厚度变化对板材硬度的影响。（2）提出了一种双幂函数型VRB板材,建立双幂函数型VRB板过渡区的数学模型;基于可轧制的几何约束条件,建立了双幂函数型VRB板材的可轧制约束模型;分析...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
VRB柔性轧制过程[13]
江苏大学硕士学位论文3图1.3VRB柔性轧制过程[13]Fig.1.3TheflexiblerollingprocessofVRB[13]国内宝钢公司已经建立VRB轧机，目前试制生产线已经能够生产多种规格的VRB板料，如图1.4所示。可供冷轧低碳钢、低合金高强钢以及烘烤硬化钢多种类型的材料牌号；生产的VRB板料厚度范围为0.8-3.0mm；板料宽度小于等于400mm（未来规划为750mm）；材料的屈服强度小于等于400Mpa；过渡区主要为线性过渡，厚度分布曲线的斜率小于1:100。图1.4宝钢VRB轧机Fig.1.4BaosteelVRBrollingmill连续变厚度板轧制工艺生产出的VRB板材厚度是连续过渡的，因此不会存在厚度突变，导致连接处硬度发生突变。而激光拼焊板TWB是将不同厚度或者不同材料的板材拼焊在一起，因此导致在连接处厚度发生突变[14-17]，如图1.5所示。VRB板材相比TWB板材主要具有如下的优点：（1）板材厚度的过渡区数量没有限制，且不增加加工费用；（2）去除低应力冗余材料实现轻量化；（3）板材的变形模式实现梯度可控化；（4）取消了局部焊接加强板的需要，不存在焊缝处的应力集中；
可轧制约束下变厚度薄壁结构的参数化建模及耐撞性优化设计4（5）由于过渡区均匀变化，板料光滑，对模具的磨损比较小，而且可以作汽车外覆盖件。图1.5VRB板与TWB板硬度变化Fig.1.5VariationofhardnessofVRBandTWB1.3国内外研究现状由于VRB板优越的性能，目前国外的德国Mubea公司已经将VRB板应用到多款车型上，例如福特福克斯、福特锐界、宝马X5、宝马3系凯以及迪拉克CTS等都将VRB应用到B柱中，雪铁龙C5在座椅横梁和顶盖横梁也应用了VRB结构，奥迪A6的防火墙横梁也是VRB结构等。但是国内相比于国外还没有得到广泛的应用，只有极少部分车型应用了VRB结构，国主要包括：宝钢BCB、奇瑞以及长城汽车。由于VRB板显著的优点，国内外汽车行业的研究学者们对VRB板进行了广泛的研究。1.3.1国外研究现状在VRB轧制理论方面，国外研究者们展开了深入的研究。德国率先对VRB的制造工艺与成形性展开了研究，并应用到了欧系的多种车型中[18-20]。德国亚琛工业大学金属成型研究所的Kopp教授是最早提出连续变厚度板柔性轧制工艺概念的学者，Kopp教授及其团队一直致力于VRB板的成型研究，对VRB板的相关轧制控制以及回弹问题进行了深入的研究[21-23]。此外，Abratis等人对VRB板在胀形过程中的胀形特性进行了研究[24]。Urban等人利用数值模拟的方法对VRB板的高压胀形特性进行了研究，同时对高压胀形特性的相关参数进行了优化设计[25]。还有一部分学者对VRB板的拉深特性进行研究，Kopp和Meyer等人通过数值模拟与试验的方法研究VRB板过渡区对VRB板的拉深特性的影响[9,21,26]。Ebert等人对具有多个过渡区的VRB板进行了拉深试验，试验结果表明优化弹性压边后，能够很好的改善变厚度板在拉深过程中的皱曲现象[27]。ShafieiE等人提
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向变厚度柔性轧制工艺的帽型梁横向冲击吸能优化设计[J]. 童泽奇,刘杨,刘书田. 力学学报. 2019(02)
[2]轧制差厚板变厚度区的应力应变关系表征[J]. 张思佳,刘相华,刘立忠. 机械工程学报. 2018(18)
[3]B1500HS高强钢连续轧制变截面板的高温本构关系[J]. 雷呈喜,杨信,朱绪跃,邢忠文,徐伟力,单德彬. 锻压技术. 2017(10)
[4]变厚度轧制过渡区的数学模型[J]. 支颖,刘相华,孙涛,吴志强,张广基. 哈尔滨工程大学学报. 2017(04)
[5]基于侧碰的梯度性能热成形B柱抗撞性能优化[J]. 盈亮,张富博,戴明华,胡平. 机械工程学报. 2017(12)
[6]轧制差厚板方盒形件起皱缺陷研究[J]. 张华伟,吴佳璐,刘相华,王新刚. 东北大学学报(自然科学版). 2016(11)
[7]基于元胞自动机的变厚度薄壁梁侧向耐撞性优化设计方法[J]. 刘书田,刘杨,童泽奇. 计算力学学报. 2016(04)
[8]Forming Limit and Thickness Transition Zone Movement for Tailor Rolled Blank during Drawing Process[J]. Hua-wei ZHANG,Xiang-hua LIU,Li-zhong LIU,Ping HU,Jia-lu WU. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(03)
[9]变厚度板带材产品及其深加工[J]. 刘相华,刘鑫,付书涛,刘立忠. 轧钢. 2015(05)
[10]Recent Development on Theory and Application of Variable Gauge Rolling, a Review[J]. Xianghua Liu,Qilin Zhao,Lizhong Liu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(03)
博士论文
[1]汽车变厚度前纵梁的轻量化和耐撞性设计方法研究[D]. 段利斌.湖南大学 2017
本文编号：3051596
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
VRB柔性轧制过程[13]
江苏大学硕士学位论文3图1.3VRB柔性轧制过程[13]Fig.1.3TheflexiblerollingprocessofVRB[13]国内宝钢公司已经建立VRB轧机，目前试制生产线已经能够生产多种规格的VRB板料，如图1.4所示。可供冷轧低碳钢、低合金高强钢以及烘烤硬化钢多种类型的材料牌号；生产的VRB板料厚度范围为0.8-3.0mm；板料宽度小于等于400mm（未来规划为750mm）；材料的屈服强度小于等于400Mpa；过渡区主要为线性过渡，厚度分布曲线的斜率小于1:100。图1.4宝钢VRB轧机Fig.1.4BaosteelVRBrollingmill连续变厚度板轧制工艺生产出的VRB板材厚度是连续过渡的，因此不会存在厚度突变，导致连接处硬度发生突变。而激光拼焊板TWB是将不同厚度或者不同材料的板材拼焊在一起，因此导致在连接处厚度发生突变[14-17]，如图1.5所示。VRB板材相比TWB板材主要具有如下的优点：（1）板材厚度的过渡区数量没有限制，且不增加加工费用；（2）去除低应力冗余材料实现轻量化；（3）板材的变形模式实现梯度可控化；（4）取消了局部焊接加强板的需要，不存在焊缝处的应力集中；
可轧制约束下变厚度薄壁结构的参数化建模及耐撞性优化设计4（5）由于过渡区均匀变化，板料光滑，对模具的磨损比较小，而且可以作汽车外覆盖件。图1.5VRB板与TWB板硬度变化Fig.1.5VariationofhardnessofVRBandTWB1.3国内外研究现状由于VRB板优越的性能，目前国外的德国Mubea公司已经将VRB板应用到多款车型上，例如福特福克斯、福特锐界、宝马X5、宝马3系凯以及迪拉克CTS等都将VRB应用到B柱中，雪铁龙C5在座椅横梁和顶盖横梁也应用了VRB结构，奥迪A6的防火墙横梁也是VRB结构等。但是国内相比于国外还没有得到广泛的应用，只有极少部分车型应用了VRB结构，国主要包括：宝钢BCB、奇瑞以及长城汽车。由于VRB板显著的优点，国内外汽车行业的研究学者们对VRB板进行了广泛的研究。1.3.1国外研究现状在VRB轧制理论方面，国外研究者们展开了深入的研究。德国率先对VRB的制造工艺与成形性展开了研究，并应用到了欧系的多种车型中[18-20]。德国亚琛工业大学金属成型研究所的Kopp教授是最早提出连续变厚度板柔性轧制工艺概念的学者，Kopp教授及其团队一直致力于VRB板的成型研究，对VRB板的相关轧制控制以及回弹问题进行了深入的研究[21-23]。此外，Abratis等人对VRB板在胀形过程中的胀形特性进行了研究[24]。Urban等人利用数值模拟的方法对VRB板的高压胀形特性进行了研究，同时对高压胀形特性的相关参数进行了优化设计[25]。还有一部分学者对VRB板的拉深特性进行研究，Kopp和Meyer等人通过数值模拟与试验的方法研究VRB板过渡区对VRB板的拉深特性的影响[9,21,26]。Ebert等人对具有多个过渡区的VRB板进行了拉深试验，试验结果表明优化弹性压边后，能够很好的改善变厚度板在拉深过程中的皱曲现象[27]。ShafieiE等人提
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向变厚度柔性轧制工艺的帽型梁横向冲击吸能优化设计[J]. 童泽奇,刘杨,刘书田. 力学学报. 2019(02)
[2]轧制差厚板变厚度区的应力应变关系表征[J]. 张思佳,刘相华,刘立忠. 机械工程学报. 2018(18)
[3]B1500HS高强钢连续轧制变截面板的高温本构关系[J]. 雷呈喜,杨信,朱绪跃,邢忠文,徐伟力,单德彬. 锻压技术. 2017(10)
[4]变厚度轧制过渡区的数学模型[J]. 支颖,刘相华,孙涛,吴志强,张广基. 哈尔滨工程大学学报. 2017(04)
[5]基于侧碰的梯度性能热成形B柱抗撞性能优化[J]. 盈亮,张富博,戴明华,胡平. 机械工程学报. 2017(12)
[6]轧制差厚板方盒形件起皱缺陷研究[J]. 张华伟,吴佳璐,刘相华,王新刚. 东北大学学报(自然科学版). 2016(11)
[7]基于元胞自动机的变厚度薄壁梁侧向耐撞性优化设计方法[J]. 刘书田,刘杨,童泽奇. 计算力学学报. 2016(04)
[8]Forming Limit and Thickness Transition Zone Movement for Tailor Rolled Blank during Drawing Process[J]. Hua-wei ZHANG,Xiang-hua LIU,Li-zhong LIU,Ping HU,Jia-lu WU. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2016(03)
[9]变厚度板带材产品及其深加工[J]. 刘相华,刘鑫,付书涛,刘立忠. 轧钢. 2015(05)
[10]Recent Development on Theory and Application of Variable Gauge Rolling, a Review[J]. Xianghua Liu,Qilin Zhao,Lizhong Liu. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2014(03)
博士论文
[1]汽车变厚度前纵梁的轻量化和耐撞性设计方法研究[D]. 段利斌.湖南大学 2017
本文编号：3051596
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