基于动力显式算法的热成形数值模拟预测

考虑金属热处理相变动力学模型,建立了适用于高强度钢板热成形的热、力、相变多场耦合本构方程。基于大变形动力显式有限元算法及上述多场耦合本构方程,建立了热成形动力显式有限元方程。并将板料相变潜热释放引入到热成形温度场分析过程中。在自主开发的商业化金属成形CAE软件KMAS(King Mesh Analysis System)基础上开发了热成形动力显式分析模块,可用于预测热成形过程中零件的厚度变化、温度变化、微观组织各相的体积分数以及硬度分布。随后采用该模块对一款汽车B柱的热成形过程及最终力学性能进行数值模拟预测,并与试验结果进行对比,对比的一致性证明了所建立的多场耦合本构方程及KMAS热成形动力显式分析模块的正确性。     

卫星天线冲压成形仿真分析

针对用金属板材通过冲压成形制造卫星天线的方法中,冲压卸载后的回弹计算不精确,并且很难预示出能达到规定产品尺寸的最佳模面构形的情况,提出了一种回弹逆向补偿法,该方法成功地解决了这一问题.实际生产证明了该方法的可靠性,这对于其他冲压件模具设计具有普遍的指导意义.     

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.     

高强度热成形钢板冷却速率-强度-硬度预测

基于高强度钢板热成形平板模具分区冷却试验获得了淬火过程阶段冷却速度对机械强度-硬度的影响规律。采用量纲分析法建立了热成形材料冷却速率-机械强度-硬度指数模型,并验证了该模型的有效性。通过编制用户子程序将该模型引入自主开发的KMAS_HF软件平台中,实现了对典型U形热成形产品淬火后强度硬度的数值仿真预测。结果表明:该模型对热成形高强度钢淬火后机械性能仿真预测具有较好的适用性,为实现梯度硬度复合热成形工艺优化及产品性能分析提供了一种新的仿真分析流程。     

基于神经网络的裂纹扩展过程预测

提出基于神经网络的裂纹扩展过程实时预测方法,其计算效率比近场动力学(peridynamic,PD)模型提高.使用PD算法获取裂纹扩展过程中的损伤云图,构建裂纹扩展数据集.基于数据集构建生成对抗网络(generative adversarial networks,GAN)模型,根据不同加载条件实时生成损伤云图,从而快速预测裂纹的扩展过程.将PD模型计算得到的损伤云图中的RGB值与相应位置处的损伤值结合,构建多层前馈神经网络模型的数据库,并使用多层前馈神经网络模型分析GAN模型产生的损伤云图,得到相应的损伤值.通过数值算例证明该方法的效率和准确性.     

一种板材成形压机速度敏感性的描述方法

针对金属板材冲压成形过程的压机速度敏感特性，在半显式弹塑性大变形有限无理论基础上，推导了一种幂指数类型的应变率相关本构模型。研究了板材单向拉伸过程中拉伸机速度变化对材料初始屈服和后继强化的影响，理论及计算结果与已有实验结果基本吻合。     

薄板成形模拟中切边回弹算法

为实现薄板成形切边回弹有限元数值模拟,基于冲压成形性分析软件KMAS平台,建立了切边回弹算法。该算法首先采用切边单元自适应模板实现了切边区域网格重构,然后以形函数插值的方式实现了新旧网格变形场量的映射,最后建立简化的线弹性卸载模型,基于静态隐式算法,预测切边回弹的影响。对于NUMISHEET2005提供的国际标准测试零件(某汽车底板横梁拉延件)的切边回弹数值模拟,结果与实验结果基本一致,验证了算法的有效性。     

改进的键基正交各向异性近场动力学模型

针对经典的键基近场动力学(bond-based peridynamic,BPD)模型受固定泊松比限制的问题,提出一种改进BPD模型。该模型可解除泊松比限制,并可用于分析正交各向异性单向板的变形和裂纹扩展问题。在改进BPD模型中,每根键受到轴向和横向成对力的作用,额外增加的节点转动可消除由横向力引起的附加弯矩,从而确保该模型满足角动量守恒条件。仿真结果验证所提出的改进BPD模型的精度,并展示其预测碳纤维复合材料变形和裂纹扩展的能力。     

汽车镁合金车身设计

常温条件下对AZ61镁合金进行压缩变形实验,研究了镁合金材料的力学特性。采用镁合金结构对某轿车车身前端进行轻量化的改进设计,显著降低了车身质量。用有限元方法分别对原车身和镁合金车身的刚度和模态进行了计算和对比,对原车和镁合金车身的正面碰撞进行模拟计算和对比验证。结果表明镁合金车身的刚度、模态和碰撞的安全性满足使用的要求。     

采用低合金高强度钢板的汽车排气管支架成形性研究

介绍了用低合金高强度钢板成形某汽车排气管支架的成形工艺,利用有限元分析软件KMAS进行数值模拟,对成形中可能产生的破裂、起皱等缺陷进行分析,提出解决方案。通过试验对比,验证了数值模拟的准确性。