汽车覆盖件成形性分析和数值模拟

发布时间：2017-05-11 04:02

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【摘要】：汽车工业是我国重要的支柱产业。汽车覆盖件成形与模具现代设计是制约我国模具工业特别是汽车工业发展的关键性技术。汽车覆盖件成形过程的数值模拟技术是金属塑性加工理论和工艺、计算力学、CAD技术、计算机图形学等多个学科相互交叉渗透的研究方向。涉及到连续介质力学中材料非线性、几何非线性和边界条件非线性三重非线性问题的计算，难度很大。目前，西方发达国家已经将数值模拟分析作为产品设计与制造流程中不可逾越的工艺规范加以实施，而我国的工业企业界还处于对数值模拟技术的初步认同和浅显的应用阶段。为此，本文作者致力于汽车覆盖件的成形性分析和数值模拟，所模拟的复杂汽车覆盖件主要来源于日本フレス株式会社和第一汽车集团吉林轻型汽车制造厂。以Pro/E和UGII软件为三维造型平台，通过标准交换格式IGES导入DYNAFORM软件，依据工业应用中的实际工况进行模拟。本文作者在认真学习和总结现有的国内外研究成果的基础上，探讨和深化了板料成形数值模拟的实际应用，主要完成了以下工作： 总结了板料成形有限元模拟理论和关键技术，系统地阐明了材料模型、几何模型、接触和摩擦、模具系统和工艺参数以及回弹分析。分析和比较了静力隐式解法与动力显式解法的基本特点和适用范围，，认为目前动力显式解法是求解复杂覆盖件拉延成形模拟的最有效方法。 归纳了覆盖件成形模拟的一般步骤，并结合覆盖件的特点提出了在前处理阶段如几何模型建立、网格划分等应该注意的问题。 受日本フレス株式会社委托，本文利用DYNAFORM软件对丰田普通型轿车前围板进行了拉延过程的模拟，针对压边力、凸凹模圆角、拉延筋设置及板坯形状进行了优化，消除了拉裂及起皱现象，解决了实际生产中的问题。 微型客车后立柱外板是一个大型复杂的汽车外覆盖件,在实际成形过程中很容易开裂或起皱。本文通过详细的工艺分析，确定了工艺补充部分 WP=88 和凹模圆角，建立了合理的有限元模型。比较了形变理论与增量理论的特点，提出一步加载可用于设计早期估计零件的可成形性和工艺的可行性，并通过模拟给予了验证。通过反复模拟，优化了坯料外形，并且为工艺补充部分的进一步修改提供了有力的理论依据和实现手段。 探讨了等效拉延筋的基本原理和实际应用。分析了等效拉延筋仍然存在的问题。在后立柱外板上分别设置真实拉延筋和等效拉延筋，比较了它们的异同，模拟结果表明等效拉延筋是可靠的，明显地降低了计算机时。 对于多工步成形问题（包括二次拉延），在模拟过程中应该注意应力和应变的传递，即前后工步应力、应变的连续性。后续工序模拟的精度跟上一道工序的模拟结果有直接的联系，又有其自身的特点。切边的模拟过程一般简化为纯几何过程。翻边模具运动机构复杂，为了减少建模和接触搜寻的计算时间，可以省略与零件不接触的其它模具表面。 无约束圆筒形弯曲和前翼子板多步成形的数值模拟是NUMISHEET2002提供的标准考题。本文严格按照要求进行模拟和分析，并与实验结果作了对比。结果表明，对于具有大回弹量的高强钢板U形弯曲，模拟软件对回弹的预测具有实用价值。而前翼子板的多工步成形模拟表明，相对于拉延、切边和翻边等工序的模拟来说，回弹的模拟要困难很多。虽然模拟结果有一定的参考价值，但是有待提高。 归纳了回弹数值模拟技术的基本特点和影响回弹模拟精度的主要因素。对于回弹模拟而言，成形过程中弯曲应力场的模拟至关重要，为了提高弯曲应力的模拟精度，一个有效的方法是适当地增加材料厚度方向的高斯积分点数。对于壳单元一般取7个高斯积分点为宜。板料单元尺寸的选择与模具圆角半径的大小有直接的关系。大量计算结果表明，当流过模具圆角处的单元尺寸为模具圆角半径的1/2～1/3时，应力、应变场模拟结果最优，回弹结果与实验结果最为接近。此外，采用随动强化模型所获得的回弹结果更接近于实验值。
【关键词】：汽车覆盖件 数值模拟 前围板 后立柱外板 前翼子板 回弹 等效拉延筋 多工步成形
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：U466
【目录】：

• 提要2-6
• 第一章 绪 论6-16
• 1.1 选题依据和意义6-8
• 1.2 板料成形模拟的有限元方法及软件8-12
• 1.2.1 有限元方法的发展及分类8-10
• 1.2.2 模拟软件及其特点10-12
• 1.3 板料成形数值模拟的国内外现状12-15
• 1.4 本文主要研究内容15-16
• 第二章 动力显式算法原理和覆盖件成形模拟关键技16-26
• 2.1 动力显式算法的基本原理16-17
• 2.2 覆盖件成形数值模拟的关键技术17-25
• 2.2.1 冲压成形中材料问题的研究19-21
• 2.2.2 成形极限图21-22
• 2.2.3 覆盖件成形模拟中的几何模型22
• 2.2.4 边界界面的摩擦和接触约束问题22-23
• 2.2.5 模具系统和工艺参数对覆盖件冲压成形的影响23-24
• 2.2.6 回弹分析24-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第三章 轿车前围板成形性分析和数值模拟26-38
• 3.1 覆盖件成形模拟的一般步骤26-28
• 3.1.1 前处理26-28
• 3.1.2 求解28
• 3.1.3 后处理28
• 3.2 轿车前围板简介28-29
• 3.3 成形性分析29-30
• 3.3.1 拉延方向29
• 3.3.2 工艺补充29-30
• 3.4 数值模拟30-36
• 3.4.1 建立有限元模型30-33
• 3.4.2 分析与讨论33-36
• 3.5 本章小结36-38
• 第四章 客车后立柱外板成形性分析和数值模拟38-55
• 4.1 成形性分析38-41
• 4.1.1 变形分析38-39
• 4.1.2 拉延方向39
• 4.1.3 拉延筋设置39-41
• 4.2 数值模拟41-46
• 4.2.1 建立有限元模型41-42
• 4.2.2 分析与讨论42-46
• 4.3 拉延筋模型46-52
• 4.3.1 拉延筋的模拟方式46-48
• 4.3.2 在后立柱外板有限元模型中设置等效拉延筋48-52
• 4.4 后续工序模拟52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 回弹分析和数值模拟55-73
• 5.1 回弹数值模拟技术的基本特点55-57
• 5.1.1 回弹的模拟方法55-56
• 5.1.2 回弹的模拟算法56-57
• 5.2 无约束圆筒形弯曲57-59
• 5.3 前翼子板多工步成形后的回弹模拟59-69
• 5.3.1 拉延成形过程数值模拟60-65
• 5.3.2 切边、冲孔过程数值模拟65-66
• 5.3.3 翻边成形数值模拟66-68
• 5.3.4 回弹数值模拟68-69
• 5.4 影响回弹模拟精度的主要因素69-72
• 5.4.1 成形过程模拟的影响69-71
• 5.4.2 回弹过程模拟的影响71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 参考文献75-84
• 攻读硕士学位期间发表的论文84-85
• 致 谢85-86
• 吉林大学硕士学位论文原创性声明86-87
• 摘 要87-89
• ABSTRACT89-91

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王琦;BP31汽车角窗饰条曲面翻边弹复研究[D];燕山大学;2011年

2 赵侠;数值模拟技术在汽车发动机罩外板拉深质量控制中的应用研究[D];西华大学;2006年

3 于汇泳;汽车覆盖件成形过程有限元数值模拟技术研究及应用[D];新疆大学;2006年

4 张兰;数值模拟技术在汽车覆盖件拉深成形质量控制中的应用研究[D];四川大学;2006年

5 鲁东辉;轿车轮罩加强板的冲压成形工艺模拟仿真[D];吉林大学;2006年

6 尹立雪;汽车覆盖件成形回弹数值模拟研究[D];山东大学;2007年

7 张元波;宽板多角弯曲件回弹规律的研究[D];燕山大学;2007年

8 王守峰;汽车行李箱门成形工艺数值模拟的应用和研究[D];西华大学;2007年

9 李金燕;B柱加强板拉深质量研究[D];西华大学;2007年

10 刘斌;某轿车发动机罩刚度和强度分析方法改进研究[D];吉林大学;2007年

  本文关键词：汽车覆盖件成形性分析和数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：356178