Thermo-mechanical-martensitic Transformation Numerical Simulation of High Strength Steel in Hot Forming

在已建立的高强度钢板热成形热、力、相变多场耦合本构模型和板料、水冷模具相互耦合的接触热传导模型基础上,基于自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King-Mesh analysis system)构建热成形热、力、相变耦合的非线性、大变形静力显式数值模拟模块.对典型U形高强度钢板的热成形过程进行数值模拟分析;计算板料与模具相互耦合的温度场变化规律,并将钢板组织相变释放的潜热考虑其中;将温度场计算结果引入热成形热、力、相变多场耦合的本构方程和静力显式有限元列式中,计算钢板等效应力和组织相变分布变化规律.通过钢板温度场以及马氏体转变量数值模拟结果与试验结果的一致性对比,验证建立的多场耦合本构模型和KMAS热成形仿真模块的正确性和有效性.     

基于连续介质损伤力学的高强度钢板热成形性数值预测

基于连续介质损伤力学模型,建立耦合损伤的热成形本构方程。将该本构方程引入到自主开发的金属成形有限元软件KMAS中,从而可对高强度钢板在热成形过程中的损伤演化及成形性能进行预测。本构方程中与温度及应变率相关的损伤参数控制着热成形过程中的损伤演化,对成形性数值预测具有重要的意义。为标定本构方程中的损伤参数,进行不同温度及应变率下的等温热拉伸试验,并对拉伸过程进行数值模拟,通过优化对比数值计算和试验所得的力-位移曲线,获得了不同温度及应变率下的损伤参数。随后将损伤参数引入KMAS中,对一款典型汽车B柱在热成形过程的成形性进行数值预测,并与试验结果进行对比,结果证明了所建立耦合损伤本构方程的正确性。     

考虑变形热和摩擦热效应的热力耦合冲压研究

以DP780材料为研究对象，在20~140 ℃温度区间、0.001~0.1 s-1应变速率区间内进行恒温拉伸试验，分析了真实应力-应变变化趋势，建立了基于Norton-Hoff模型的材料本构方程，该本构方程能够较好地表征DP780在冷成形过程中与温度相关的塑性本构关系。结合Norton-Hoff本构模型，以及与温度、压力相关的摩擦模型，采用理论研究与数值模拟结合的方式，研究DP780钢板变形热和摩擦热的自发热产生机理和宏观特征。根据完全热力耦合数值模拟理论，考虑将温度场和应力场、应变场等进行耦合分析，提出一种考虑变形热和摩擦热效应的冲压成形研究方法。通过U形件冲压试制试验，得到DP780钢板冷成形条件下的试验回弹结果。对比传统冷冲压模拟结果和考虑自发热效应研究方法下的模拟结果发现，考虑自发热效应的冲压成形模型在模拟侧壁时准确性提高了10.1%，在模拟法兰时准确性提高了23.2%。     

数值模拟热冲压工艺参数的优化设计

随着汽车轻量化的要求不断提高,热冲压技术得到了广泛的应用。为研究热冲压过程中各工艺参数对热冲压的影响,基于ABAQUS软件建立了超高强度钢板热力耦合模型,分别模拟了压边力、冲压速度、模具初始温度对板料等效应力变化情况,并经过实冲实验验证了仿真的准确性。结果表明,随着压边力和冲压速度的增加,等效应力随之增加,随着模具初始温度的增加,等效应力不断减小,最大应力和危险截面出现在凸模圆角区,实验结果和模拟结果相吻合,并据此得出了最佳工艺参数。     

1Cr13不锈钢板激光弯曲数值模拟

在综合分析了材料的热物理性能和力学性能随温度变化影响的基础上,建立了板料激光弯曲成形的三维热力耦合模型.对1Cr13不锈钢钢板的激光单次扫描弯曲过程进行了数值模拟,得到了形变场、温度场以及应力场模拟结果,并对其变形过程和变形机理进行了分析.     

硅橡胶模具与LOM原型的热耦合温度场数值模拟

分析了硅橡胶模具在热硫化成型过程中与LOM原型的热边界条件，介绍了硅橡胶模具与LOM原型热耦合温度场的数值模拟方法，并详述了其实施步骤，进而设计了该热耦合温度场的有限元模拟软件，并计算了一典型算例的边界热耦合情况。     

高强度钢板热冲压材料性能研究及在车身设计中的应用

对热成形零部件的材料性能进行拉伸测试及金相试验研究,板料经过热成形后零部件的屈服强度超过1 000 MPa,抗拉强度达到1 600 MPa.对热成形门内加强梁进行3点弯曲试验并同时进行耐冲击数值模拟,说明热成形零部件具有优异的承载能力及耐碰撞冲击性能,适用于车身耐冲击构件的选材.提出高强度钢板热成形零部件用于车身设计的"功能设计"方法.设计热冲压零部件用于车身设计的三种方案,并进行整车的侧面碰撞数值仿真结果比较,阐明高强度钢板热成形构件对于提高整车耐冲击性能的作用机理:热成形零部件用于车身设计时应进行整体骨架布局,形成驾驶员及乘客的超高强度保护仓:避免简单应用单个高强度热成形零部件,防止冲击时侵入车体.总结热成形零部件用于车身的"功能设计"方法.     

热冲压过程传热耦合研究*

提出一种新的思路解决热冲压过程的传热耦合模拟。板料和模具之间的界面传热系数借助圆柱形冲压试验数据并通过有限元优化反算的方法获得,将获得的界面传热系数(Interfacial heat transfer coefficient, IHTC)引入到ABAQUS的U形冲压模型中,进行单次热冲压模拟,得到一个冲压周期内模具表面任意节点的热流密度曲线。通过调用SAS程序求得模面任意节点对应的时均热流密度,将每个节点的时均热流密度和笛卡儿坐标系下的空间坐标对应关系引入到STAR-CCM+中作为模具淬火传热模拟的第二类边界条件。接着通过网格数据映射将稳态淬火模拟得到的模具温度场,水道壁表面传热系数(Film heat transfer coefficient, FHTC)和壁面冷却水温度重新导入到ABAQUS的冲压模型中进行新的热冲压模拟,此时的热冲压过程即同时实现板料-模具的界面传热和模具-水流的表面传热的稳态模拟。设计并制造仿真中使用的U形模具进行连续热冲压试验,采集特征点的稳态温度,与仿真结果进行对比。结果表明：耦合后的板料和模具的最大温度和未耦合的单次冲压相比升高近一倍,温度分布沿着水道进口向出口方向发生迁移。耦合后的板料和模具特征点温度与达到稳态的试验采集温度误差均小于10%。     

固体火箭发动机药柱热粘弹性瞬态响应分析

应用有限元法对固体火箭发动机药柱在环境温度作用下的瞬态温度场进行了数值模拟，并基于药柱的热粘弹性本构关系，计算了由瞬态温度场引起的应力应变响应.给出了绝热层与药柱交界面上应力分布曲线及危险点的应力随时间的变化规律。     

汽车B柱热冲压模具温度场研究

采用有限元仿真技术对汽车B柱热冲压成形的温度场进行分析计算。模拟连续热冲压生产,计算10个成形周期中热冲压模具和板料的温度变化。结果表明,热冲压模具冷却系统切实有效,板料的平均冷却速率可达60℃/s,满足超高强钢马氏体转变条件;在7个成形周期以后,热冲压模具在冷却系统的作用下即可达到热平衡状态,保证了连续生产的顺利进行,该技术指标可为实际生产中工艺参数的制定提供依据。