5182Al/HC340LA异种金属件磁脉冲焊接数值模拟与试验验证

采用顺序耦合法建立了三维电磁场和变形场的仿真模型。采用Ls-dyna将有限元方法和边界元方法相结合,对5182Al/HC340LA板件磁脉冲焊接过程进行仿真模拟。通过分析仿真模型的电磁场和变形场,发现飞板的感应电流和电磁力出现了双波峰的现象并且感应电流在飞板的搭接区域形成了两个相连的矩形回路。放电能量是磁脉冲焊接过程中一个重要的工艺参数,随着放电能量的增加,飞板的感应电流、电磁力、板件塑性变形、碰撞速度也随之增加。开展不同放电能量下的磁脉冲焊接工艺试验,通过对比飞板的速度和变形量,发现试验结果与数值模拟结果吻合较好,验证了该数值模型的可靠性。     

磁脉冲胀形管件材料本构参数识别方法

磁脉冲自由胀形后的管件沿轴向材料分布不均匀,且由于其特殊的几何形状无法通过单向拉伸试验获取其材料参数。为获取磁脉冲胀形管的材料参数,提出了一种基于显微压痕试验的磁脉冲自由胀形管件材料参数的获取方法,整个材料参数获取过程包括显微压痕试验、显微压痕试验有限元模型的建立及验证和基于多岛遗传算法(MIGA)的计算反求3部分。通过显微压痕试验获取胀形管轴向不同位置点处的载荷-侵入量曲线,然后通过改变显微压痕有限元模型中的材料参数使仿真得到的载荷-侵入量曲线不断逼近试验的载荷-侵入量曲线,当两曲线在最小二乘意义上达到误差最小时,由仿真得到的材料参数即被认为是真实的材料参数。最后,将反求得到的不同位置点的材料参数整体代入到磁脉冲自由胀形管轴向压溃仿真中,通过比较轴向压溃仿真与轴向压溃试验的变形模式以及力-位移曲线、峰值力、平均力、总吸能等参数来验证参数的准确性。     

高低温循环试验下磁脉冲焊接接头性能研究

磁脉冲焊接是一种高效的固相焊接工艺,对异种金属材料在汽车轻量化中的运用具有积极意义.通过对5052Al/HC420LA板件磁脉冲焊接接头进行不同条件下的高低温循环试验,对比焊接接头在高低温循环试验前后的力学性能变化,研究了高低温循环冷却方式、循环次数对焊接接头性能的影响.利用扫描电子显微镜(SEM)研究了焊接接头微观形貌特征,分析了高低温循环试验前后焊缝微观界面的特征及其变化.研究表明：不同高低温循环试验条件下5052Al-HC420LA铝-钢磁脉冲焊接接头的连接强度相比于5052铝合金的母材强度下降了5%~25%;冷却速度越快,高低温循环次数越多,接头力学性能下降越明显;接头在高低温循环试验前后出现了母材失效与焊缝失效两种剪切失效模式;水冷冷却的接头比空冷冷却更易产生微观裂纹.     

Φ6 mm–2A10铝合金棒材电磁镦粗变形机理数值仿真研究

目的 针对块体材料在高应变速率成形过程中应力、应变结果等很难获得的情况,通过数值模拟方法揭示其变形机理。方法 将电磁成形技术和镦粗工艺相结合,建立电磁镦粗电磁场–力场数值耦合模型,同时进行相应的工艺试验,通过对比仿真和试验得到的鼓形特征验证模型的准确性,利用数值模型获得电磁镦粗的加载特性,分析电磁镦粗试样内部的应力和应变状态。结果 电磁镦粗试样的数值模拟结果与试验结果的最大径向相对误差为5.1%,平均径向相对误差为2.84%;驱动片上磁压力的峰值在时间上大致位于第1个周期的1/4处,在空间上大致位于驱动片半径的5/8处;冲头的最大冲击速度达13.9 m/s,在该冲击速度下电磁镦粗试样内部的应变速率达7 700 s⁻¹;电磁镦粗试样内部的金属塑性流动不均、不同区域的应力状态差异和绝热温升所导致的应力–应变分布与常规镦粗的类似。结论 证明了所建立的电磁镦粗电磁场–力场数值耦合模型的准确性和电磁镦粗工艺的可行性。     

汽车零部件热成形极限裕度云图的构建与应用

在热冲压工艺中,热冲压钢板处于高温状态,不同位置温度分布有明显差异,传统方法难以评价冲压件的成形性,考虑温度的三维成形极限图能有效评价热冲压件的成形性能,但无法判断热冲压件的安全裕度。针对上述问题,在考虑温度的三维成形极限图的基础上,首先提出了成形裕度的计算方法;然后结合数值模拟和理论分析手段,构建了适用于评价高强钢板热冲压的安全裕度云图;最后对某汽车B柱热冲压不同工艺过程进行了仿真分析,并与试验进行了对比。结果表明,在不同工艺参数和板料尺寸下,构建的裕度云图均能有效预测高强钢板热冲压件的开裂部位和程度。     

碳纤维-铝合金电磁铆接与准静态压铆对比

为了探究电磁铆接技术在碳纤维复合材料上的可行性,采用碳纤维-铝合金结构为研究对象。探究了碳纤维-铝合金电磁铆接接头的干涉量及剪切、拉脱性能,并与传统准静态压铆技术进行了对比。结果表明:无论是Φ4 mm铆钉,还是Φ6 mm铆钉,电磁铆接结构相对干涉量不仅均匀性更好,而且平均值更高,分别从4.96%提升到5.20%,6.85%提升到7.85%;电磁铆接接头剪切性能有较大提高,对于Φ4 mm铆钉和Φ6 mm铆钉,电磁铆接最大剪切力相比准静态压铆分别提高了19.7%和5.2%;电磁铆接接头拉脱性能有较小提高,对于Φ4 mm铆钉和Φ6 mm铆钉,电磁铆接最大拉脱力相比准静态压铆提高了3.9%和6.6%。结果说明电磁铆接技术更适合复合材料的连接。     

AA5182铝合金板电磁冲孔质量研究

为了研究放电能量对AA5182铝合金板电磁冲孔质量的影响,在不同放电能量(3 kJ、4 kJ、5 kJ、6 kJ)下对2.0 mm厚的AA5182铝合金冷轧薄板进行了电磁冲孔试验,并就尺寸精度、表面光洁度、微观形貌及显微硬度等方面开展质量评估。结果表明,放电能量对电磁冲孔质量有显著影响。随着放电能量的增加,电磁冲孔的尺寸精度、表面光洁度、微观形貌和显微硬度都得到一定程度上的提升。相较于3 kJ来说,放电能量为6 kJ时,电磁冲孔的尺寸偏差降低74.36%～91.32%,表面粗糙度值降低33.33%～45.92%,微观形貌质量(光亮带高度)提升47.56%～63.39%,显微硬度值提升6.74%～6.98%。因此,可以得出结论,随着放电能量的增加,AA5182铝合金板电磁冲孔质量得到明显提升。此外,通过本研究可以为电磁冲孔技术在汽车工业领域的应用提供一定的参考依据。     

5182铝合金椭圆孔电磁翻边数值模拟研究

目的 研究异形孔电磁翻边成形规律及不同预制孔尺寸对翻边质量的影响.方法 基于电磁成形平台实现椭圆孔电磁翻边试验,建立三维电磁成形仿真模型对3种预制孔的翻边过程进行模拟.通过显微硬度值、翻边轮廓、翻边高度及端部厚度等指标分析异形孔电磁翻边规律.结果 3种预制孔的翻边高度均表现为从长轴到短轴不断增大,随着预置高度从15 mm降到10 mm,长短轴两处的翻边高度差由2 mm下降至0.75 mm,且翻边零件与模具贴合效果逐渐变好.结论 电磁翻边件在长、短轴处的变形存在着明显差异;基于中性层不变原理的预制孔公式,在侧壁与模具贴合良好的案例中低估了电磁翻边高度;变形区域内较为均匀的电磁力密度分布有益于实现与模具良好贴合,同时翻边高度更加均匀.     

CFRP/Al夹层板电磁冲孔分层缺陷研究

目的 研究不同放电能量对CFRP/Al夹层板电磁冲孔分层缺陷的影响.方法 对2.4 mm厚的CFRP/Al夹层板进行电磁冲孔试验,通过超声C扫描无损检测技术、扫描电子显微镜及有限元数值模拟等手段分别对板料分层损伤、横截断面微观形貌及层间分层损伤进行评估,揭示不同放电能量对CFRP/Al夹层板电磁冲孔分层缺陷的影响.结果 放电能量对电磁冲孔分层缺陷有显著影响.在4～6 kJ能量范围内,板料的最大分层因子(Fd)和等效分层因子(Fed)均随放电能量的增加而减小.当放电能量为7 kJ时,等效分层因子Fed仍然减小,但由于高速载荷作用下局部损伤的存在,使板料的最大分层因子Fd骤然上升,并超过了放电能量为4 kJ时的最大分层因子.结论 在合理的能量范围内(4～6 kJ),随着放电能量的增加,能够明显提升CFRP/Al夹层板电磁冲孔的质量,但当放电能量过高(≥7 kJ)时,会产生额外的分层缺陷,影响冲孔质量.     

铝合金板材磁脉冲辅助U形弯曲过程回弹数值模拟分析

目的揭示铝合金板材磁脉冲辅助弯曲成形对回弹的影响机理。方法基于两种磁脉冲辅助成形方案,采用数值模拟软件LS-DYNA,建立磁脉冲辅助U形弯曲的有限元模型。结果与准静态成形相比,磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料圆角区的残余应力,方案Ⅰ板料圆角区等效塑性应变大于方案Ⅱ板料圆角区的等效塑性应变;电磁体积力能有效减小回弹,且放电能量越大,回弹角越小;磁脉冲辅助U形弯曲成形能减小板料的弹性应变能。结论相同放电电压下,方案Ⅰ的回弹控制效果好于方案Ⅱ的回弹控制效果。磁脉冲辅助U形弯曲减小回弹的主要原因是板料圆角区残余应力的减小和弹性应变能的降低。