基于细观损伤数值仿真的高强钢板渐进翻边工艺研究
发布时间：2021-07-13 01:28
汽车覆盖件中存在着大量的翻边特征。随着先进高强钢板（AHSS）在轻量化车身结构中的产业化应用,给传统翻边成形工艺带来了一定的挑战:高强度带来的板材翻边成形性能较差;先进高强钢在成形过程中表现出与传统金属板材完全不同的破裂失效行为;翻边工艺复杂导致难以直观的判断材料的变形性质,无法准确的计算板料减薄情况。论文针对上述问题,通过深入分析翻边成形过程中板材的应力-应变状态,对模具结构进行创新设计,以期提升板材的拉伸翻边成形性能;同时将塑性损伤引入材料成形性能的预测和评价中,通过准确的材料本构模型和创新的工艺设计为汽车覆盖件产品复杂翻边特征成形提供工艺技术方面的指导。论文基于理论分析、数值模拟技术及物理实验开展了以下研究工作:（1）以MC600DP双相高强钢为研究对象,开展材料性能实验;基于Abaqus有限元软件建立耦合细观损伤弹塑性本构的单向拉伸数值仿真模型。针对实验设计-代理模型标定损伤参数的弊端,利用Python语言进行Abaqus二次开发,构建基于遗传算法的全自动数值仿真程序,以实现细观损伤参数与材料宏观力学性能之间的高精度映射和自适应优化,得到精确描述高强钢板实际流动行为和损伤演化的...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全新一代奥迪A8车身材料Fig.1.1BodymaterialsofNewgenerationofAudiA8
1绪论3270~700MPa）；超高强度钢的屈服强度通常大于550MPa（抗拉强度大于700MPa）。普通高强度钢主要以固溶强化、析出强化和细晶强化进行性能调控，材料塑性随强度的增加而显著降低，强塑积（抗拉强度与延伸率的乘积）偏小，无法满足汽车轻量化的需求。先进高强度钢（AHSS）则主要通过相变进行强化，与普通高强钢相比强塑积明显提高，具有良好的碰撞吸能效果和轻量化潜力。图1.2车用高强钢分类示意图Fig.1.2Classificationofhighstrengthsteelforautomobiles按照研发时间次序，先进高强度钢可分为三代。如图1.2所示，第一代先进高强度钢塑性较差，强塑积介于15~20GPa%，是目前应用最广泛的高强度钢。第二代先进高强度钢由于合金元素的添加，强塑积达到60GPa%，具有高强度、高延性、髙韧性的特点。但由于高合金含量带来的高成本，尚未在汽车上实现产业化应用。第三代先进高强度钢兼顾强度、塑性和经济性的优势，尚在研究；其强塑积可达40GPa%，兼具第一代AHSS的成本优势和第二代AHSS的性能特点。论文研究的冷轧双相钢（DP钢）属于第一代先进高强度钢，也是目前市场上应用最广泛的车身用钢。双相钢通常具有两种不同的金相织构，适合轧制成薄板并广泛用于汽车覆盖件生产与制造的双相钢，是低碳钢或低合金高强度钢经过临界区连续退火控制轧制而成的铁素体-马氏体双相钢。在铁素体-马氏体双相钢的冶炼过程中通过添加适当的合金元素并利用马氏体低温相变生成强化组织，使硬质的马氏体相弥散到软质的铁素体相中。DP钢将铁素体的良好成形性与马氏体的高硬度相结合，使铁素体-马氏体双相钢板具有以下特点：屈强比低，加工硬化指数高，烘烤硬化性能好；各向异性小，良好的抗疲劳性能和低温韧性；良好的焊接
重庆大学硕士学位论文4性。双相钢卓越的服役性能和较好的成形性能使其广泛用于需要高强度及高抗碰撞吸能效果且成形要求也较为严格的汽车结构件和安全件，如座椅横梁、舱边梁衬板件、舱边梁侧连接件、前内纵梁等零件。1.2.2高强钢板翻边成形关键技术图1.3翻边特征的作用Fig.1.3Theapplicationofflanginginautomobileparts汽车覆盖件中存在着大量的翻边特征，翻边工艺是覆盖件生产中一道必不可少的工序。其工艺原理是利用模具将金属平板坯料或半成品工序件的一部分（孔缘或外缘），沿着一定的轮廓线翻成竖边或只把坯料中某一部分的孔径加以扩大的成形方法。如图1.3所示，翻边部分主要用于车身结构之间相互连接（焊接、铆接、粘结等），有的翻边可提高零件刚性或是产品流线或美观方面的要求。翻边有多种分类方式，如图1.4所示，根据轮廓线的不同，翻边工艺可分为以下几种形式：图1.4典型翻边特征：（a）直翻边；（b）拉伸类翻边；（c）压缩类翻边；（d）孔翻边Fig.1.4Typicalflangingprocess:(a)straightflanging;(b)stretchflanging;(c)shrinkflanging;(d)holeflanging①直翻边直翻边轮廓线为一条不封闭的直线，是最简单的翻边形式。成形过程中，金属坯料仅仅发生弯曲变形。因此，弯曲可视为翻边的一种特殊形式。②拉伸类翻边当翻边轮廓线为一条内凹的曲线时，翻边法兰变形区承受切向和径向的双向
本文编号：3281057
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全新一代奥迪A8车身材料Fig.1.1BodymaterialsofNewgenerationofAudiA8
1绪论3270~700MPa）；超高强度钢的屈服强度通常大于550MPa（抗拉强度大于700MPa）。普通高强度钢主要以固溶强化、析出强化和细晶强化进行性能调控，材料塑性随强度的增加而显著降低，强塑积（抗拉强度与延伸率的乘积）偏小，无法满足汽车轻量化的需求。先进高强度钢（AHSS）则主要通过相变进行强化，与普通高强钢相比强塑积明显提高，具有良好的碰撞吸能效果和轻量化潜力。图1.2车用高强钢分类示意图Fig.1.2Classificationofhighstrengthsteelforautomobiles按照研发时间次序，先进高强度钢可分为三代。如图1.2所示，第一代先进高强度钢塑性较差，强塑积介于15~20GPa%，是目前应用最广泛的高强度钢。第二代先进高强度钢由于合金元素的添加，强塑积达到60GPa%，具有高强度、高延性、髙韧性的特点。但由于高合金含量带来的高成本，尚未在汽车上实现产业化应用。第三代先进高强度钢兼顾强度、塑性和经济性的优势，尚在研究；其强塑积可达40GPa%，兼具第一代AHSS的成本优势和第二代AHSS的性能特点。论文研究的冷轧双相钢（DP钢）属于第一代先进高强度钢，也是目前市场上应用最广泛的车身用钢。双相钢通常具有两种不同的金相织构，适合轧制成薄板并广泛用于汽车覆盖件生产与制造的双相钢，是低碳钢或低合金高强度钢经过临界区连续退火控制轧制而成的铁素体-马氏体双相钢。在铁素体-马氏体双相钢的冶炼过程中通过添加适当的合金元素并利用马氏体低温相变生成强化组织，使硬质的马氏体相弥散到软质的铁素体相中。DP钢将铁素体的良好成形性与马氏体的高硬度相结合，使铁素体-马氏体双相钢板具有以下特点：屈强比低，加工硬化指数高，烘烤硬化性能好；各向异性小，良好的抗疲劳性能和低温韧性；良好的焊接
重庆大学硕士学位论文4性。双相钢卓越的服役性能和较好的成形性能使其广泛用于需要高强度及高抗碰撞吸能效果且成形要求也较为严格的汽车结构件和安全件，如座椅横梁、舱边梁衬板件、舱边梁侧连接件、前内纵梁等零件。1.2.2高强钢板翻边成形关键技术图1.3翻边特征的作用Fig.1.3Theapplicationofflanginginautomobileparts汽车覆盖件中存在着大量的翻边特征，翻边工艺是覆盖件生产中一道必不可少的工序。其工艺原理是利用模具将金属平板坯料或半成品工序件的一部分（孔缘或外缘），沿着一定的轮廓线翻成竖边或只把坯料中某一部分的孔径加以扩大的成形方法。如图1.3所示，翻边部分主要用于车身结构之间相互连接（焊接、铆接、粘结等），有的翻边可提高零件刚性或是产品流线或美观方面的要求。翻边有多种分类方式，如图1.4所示，根据轮廓线的不同，翻边工艺可分为以下几种形式：图1.4典型翻边特征：（a）直翻边；（b）拉伸类翻边；（c）压缩类翻边；（d）孔翻边Fig.1.4Typicalflangingprocess:(a)straightflanging;(b)stretchflanging;(c)shrinkflanging;(d)holeflanging①直翻边直翻边轮廓线为一条不封闭的直线，是最简单的翻边形式。成形过程中，金属坯料仅仅发生弯曲变形。因此，弯曲可视为翻边的一种特殊形式。②拉伸类翻边当翻边轮廓线为一条内凹的曲线时，翻边法兰变形区承受切向和径向的双向
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