22MnB5超高强钢热冲压成形工艺及试验

考虑材料的热物理性能参数、力学性能与温度的关系,利用ABAQUS软件建立了22MnB5超高强钢热冲压过程的热力耦合有限元模型,选用合适的热冲压工艺参数进行数值分析,得到了坯料热冲压成形的应力应变分布,并以板料初始温度为变量,研究不同初始温度对零件厚度分布、回弹及冷却速率的影响。进行了板料初始温度为900℃的22MnB5超高强钢热冲压试验,零件厚度分布及回弹量与模拟结果基本吻合,各区域淬火组织均为板条状马氏体,由于零件底部的淬火冷却速率较大,马氏体组织更加均匀细小。     

高强度钢板热成形极限的模具设计及试验研究

热冲压成形工艺在车身上得到越来越广泛的应用,成形极限是冲压成形性能的重要指标。介绍了高强度钢板的热成形极限试验方法,设计制造了能满足高温胀形要求的热成形极限试验模具,进行了高温下的热成形极限试验。利用光化学蚀刻法和坐标网格分析法测量得到了800℃下22MnB5钢板的成形极限图。     

基于一步逆成形法弯曲成形回弹的快速模拟

首先阐述了弯曲成形回弹模拟的方法及其一步逆成形法的基本原理.通过采用一步逆成形法来获得弯曲成形后的应力分布,然后利用LS-DYNA隐式求解器对卸载回弹过程进行了模拟.最后将该方法分别应用到无约束圆柱弯曲成形和卡车纵梁弯曲成形的回弹模拟中,并将模拟结果与实验结果进行了比较,比较的结果表明,该方法可以有效地预示出弯曲成形的回弹量.     

基于一步逆成形法弯曲成形回弹的快速模拟

首先阐述了弯曲成形回弹模拟的方法及其一步逆成形法的基本原理。通过采用一步逆成形法来获得弯曲成形后的应力分布,然后利用LS～DYNA隐式求解器对卸载回弹过程进行了模拟。最后将该方法分别应用到无约束圆柱弯曲成形和卡车纵梁弯曲成形的回弹模拟中,并将模拟结果与实验结果进行了比较,比较的结果表明,该方法可以有效地预示出弯曲成形的回弹量。     

高强钢板U形件热冲压技术及有限元分析

高强钢板热冲压技术是解决其冷冲压缺陷的新型加工技术.建立了U形件的热冲压有限元模型,采用热力耦合分析方法得到了热冲压过程中板料的温度、厚度及应力的分布规律,并研究板料和模具的初始温度对热冲压后制件的温度及应力分布规律的影响.结果表明,U形件压边区域、圆角处温度下降较慢,中心区域和两侧壁温度下降很快;两侧壁和圆角处减薄较大;凸模圆角处应力最大,压边区域和底部中心区域应力值最小;模具初始温度不变,板料初始温度增加,冲压结束时制件的最低温度、应变最大值随之增加,厚度最小值、应力最大值随之减小;板料初始温度不变,模具初始温度增加,冲压结束时制件的最低温度、应变最大值随之增加,厚度最小值、应力最大值随之减小.     

基于一步逆成形的三维修边线预示与优化设计

在汽车覆盖件模具的设计过程中,设计翻边模之前需要事先给定修边线,为了能够得到一个精确的最终零件,预先设计出一条合适的修边线是一项很重要的工作.现提出一种基于一步逆成形的快速设计修边线的方法.由于翻边后的零件是事先给定的而且翻边成形过程中的应变路径一般都比较简单,所以一步逆成形法能够在翻边前预示修边线.这样就可以在模具早期设计阶段通过一步逆成形所展开的初始坯料的边界线中获得一条离散的修边轮廓线,并将这条修边轮廓线导入CAD系统中.最后将该方法应用到两个基本的曲面翻边过程中,并成功地预示出修边线.     

铌钒微合金化对22MnB5热成形钢显微组织与性能的影响

复合添加质量分数均为0.04%的铌和钒对22MnB5热成形钢进行微合金化,对比研究了微合金化前后试验钢的显微组织、拉伸性能、淬透性和极限尖冷弯性能,分析了铌钒微合金化对性能的影响机制。结果表明:微合金化前后试验钢的显微组织均为全马氏体且均存在明显的马氏体板条束,微合金化后的组织更为细小,马氏体板条束长度更短,拉伸性能略有提升;铌钒复合微合金化能有效提高试验钢的淬透性,其淬硬层深度由未微合金化的3～5mm提高到13～14mm;铌钒微合金化后试验钢的极限尖冷弯角为65°～70°,显著高于未微合金化的;NbC细化晶粒与VC沉淀强化的协同作用是微合金化后试验钢具有更优性能的根本原因。     

一步逆成形法中边界等效阻力的自适应算法

在一步逆成形法中,如果最终构形只包括零件型面,为了得到合理的毛坯形状,需将压边圈的摩擦阻力以及拉深筋的阻力等效到零件边界线的节点上,根据实际经验给出等效阻力的大小。但是等效阻力的大小并不是均匀分布的,如果视为均匀分布,势必造成较大误差,如果分段手动给定,则效率太低,这里提出一种边界等效阻力的自适应算法。算法首先通过线弹性反向变形求得零件在无边界等效阻力作用下的毛坯外轮廓线,假设边界等效阻力的大小与该外轮廓线与零件边界线相应单元边之间的距离成正比,从而实现等效阻力的自适应分布。并以两个典型冲压件为例,通过比较等效阻力自适应算法、等效阻力均布算法、利用商业化软件Fastform分段手动给定阻力的大小和多次试验这四种不同方法得到的零件毛坯外轮廓线,验证了这一算法的有效性和便捷性。     

基于节点切平面解耦列式的一步逆成形法

对基于传统的整体坐标系列式的一步逆成形法进行改进,提出一种基于节点切平面解耦列式的一步逆成形有限元模拟算法.该算法利用虚功原理的坐标系无关性,将虚功方程建立在节点局部坐标系上,实现刚度方程在节点法向和切平面内的解耦.与传统列式法相比,解耦列式法避免了立壁单元投影刚度阵引起的数值问题,因此提高了迭代求解的精确性和收敛性.通过弯曲薄板的展平问题对解耦列式法的误差进行定量分析,表明该法满足精度要求.将该算法嵌入自主研发的金网格分析系统(King mesh analysis system, KMAS),并以方盒件为例,将传统列式法和解耦列式法的结果分别与基于增量有限元求解器LS-DYNA求解结果进行对比,验证了解耦列式法的有效性.     

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。     

一种板料成形摩擦系数的反求技术

基于摩擦边界条件对板料成形过程及其有限元仿真的巨大影响,利用材料拉伸试验,给出了一种板料成形摩擦系数的反求技术。该技术结合数值模拟、实验技术以及遗传算法中的小种群算法,通过反求原理,计算得到在成形过程中利用实验难以测得的摩擦系数。最后通过同种材料在两种不同摩擦条件下的试验,分别反求出该两种条件下的摩擦系数,分析了这种方法的可行性。     

板料成形有限元模拟中的拉格朗日分析方法

数值模拟中的模拟方法对于建立一个可信赖的有限元模型非常重要。板料成形中包含大变形、大位移和摩 擦行为,模拟结果对不同的有限元模型有很大的不确定性。采用有限元软件MARC基于不同拉格朗日法建立了一 个有限元模型来分析深冲压成形过程。模拟中板料作为变形体,模具看作刚体,接触面间的摩擦约束采用修正的库 仑摩擦模型。板料应变、厚度的模拟和实验结果比较表明完全拉格朗日法(T.L.)和更新拉格朗日法(U.L.)的主 要区别在大变形和大位移上,小变形和小位移两者吻合较好。     

板料成形拉延筋拉延阻力和变形的有限元预测

利用有限元MSC.MARC软件,通过建立试验钢板的拉延筋模型,对其拉延过程进行了模拟,得到了板料被拉延筋夹持后移动过程的应力和板料厚度的分布。并且通过提取板料的节点,得出其节点力,把所有节点力相加即得到拉延阻力。     

金属板料成型的三维弹塑性大变形有限元模拟

根据非线性连续介质力学的基本原理推导板料成型分析的三维弹塑性大变形全量拉格朗日法的有限元列式，首次给出其矩阵表达式的显式，并对圆板半球形凸膜胀形进行了模拟，模拟与实际结果吻合较好。     

有限元逆算法与板料成形工艺的评价

依据理想形变理论，研究开发了冲压成形过程模拟的有限元逆算法，根据变形体的整体塑性功取相对极值的条件，导出了塑算法有限元方程。提出了求逆算法初始解以及求解与给定形状的毛坯相对应的冲压件形状的迭代计算方法。采用有限元塑算法预测了与冲压件形状相对应的冲压件毛坯的展开形状，根据给定的板坯形状计算了冲压件最终构形及应变分布。分析计算实例表明，逆算法可用于对板料成形工艺方案进行快速评价，对冲压工艺参数进行优化。     

基于RBF-HDMR的高强钢材料参数反求

将RBF(radial  basis  function)-HDMR(high dimensional model representation)近似模型技术应用到高强钢DP600的Johnson-Cook(JC)模型参数反求中,在落锤试验测得位移-时间曲线的基础上,建立了以计算机仿真结果与试验数据之间的误差为目标输出,待求参数为设计变量的近似模型。结合遗传算法反求出DP600钢板的JC模型参数,将反求的参数输入模型,计算得到的仿真位移曲线与试验结果对比表明,该近似模型方法具有较高的精度。     

基于有限元逆算法的钣金展开设计

主要讨论了用有限元逆算法进行钣金展开计算的方法，并用方盒和叶片的展开设计算例验证了这种方法的有效性。同其它的展开算法相比，有限元逆算法是一种计算精度较高，计算时间短的数值模拟工具。     

基于几何映射法的钣金展开有限元逆算法

在现有线性变形逆向映射法的基础上，采用几何映射法计算变换单元，避免单元刚度矩阵出现畸形，提高钣金展开有限元逆算法的稳定性和收敛速度，对几何映射法与投影法所计算的变换单元进行了对比，数值计算结果表明用几何映射法计算的初始估算展开料形状更接近于最终的钣金件展开形状。以涡轮叶片和曲柄轴箱盖的展开为例对改进后的有限元逆算法进行了实验和数值验证，试验结果显示，该方法是有效的钣金展开算法。     

高强度硼钢热成形技术研究及其应用

从理论分析、数值模拟、试验研究上对汽车车身超高强度硼钢热成形技术进行研究.以汽车门内防撞梁热成形为例,分析高温下热成形硼钢的成形性能影响因素及其规律,指出硼钢热成形的最佳温度区间为750～800 ℃,进而用数值模拟的方法进行门内防撞梁模具工艺设计、用优化仿真的方法确定模具冷却管道设计并通过试验的方法进行确认,最后用设计的模具进行硼钢的拉延成形并对产品进行硬度测试、拉伸试验及金相分析,测试的维氏硬度均大于430,材料的屈服强度为 1 100 MPa,强度极限达到1 430 MPa,观察到的马氏体组织比较均匀,这些试验结果证明方法的可行性.从而为汽车热成形产品提供了可用于产业化生产、切实可行的一套理论分析、数值模拟及试验研究相结合的技术.     

板材多步逆成形中的滑移约束曲面优化构造方法

针对板材成形多步逆成形法中,滑移约束曲面构造的方法不能处理复杂形状零件的问题,提出一种基于优化的伪最小面积算法。该算法从优化的角度以滑移约束曲面的面积属性为研究对象,从而降低对零件形状的依赖度。该算法假定冲压时刻板材上的各物质点不发生流动,以冲压某一时刻凸、凹模的离散网格信息为已知量,此时刻凸、凹模各网格节点的z向坐标为约束,以所求滑移约束曲面的面积平方最小为目标函数,计算各三角形网格单元的面积,按与力学有限元中整体刚度矩阵相同的组装方式形成曲面的整体面积方矩阵,将空间曲面构造问题转化为一个标准二次规划问题,采用基于信赖域的方法求解该二次规划问题。弹簧支座和中柱算例的迭代次数和中间滑移约束曲面形状表明,该算法可以针对形状不规则的零件快速、有效的生成空间滑移约束曲面。