点焊拼接板冲压成形性能的理论分析

论文摘要

拼焊板的出现给车身设计和制造带来了革命性的变革,突破了同一车身零件使用相同材料的传统思路。作为拼焊板的一种,点焊拼接板可以将不同规格、材质、尺寸的金属板材通过叠加或拼对的方法焊接在一起形成毛坯,再通过冲压加工就可以获得形状、强度、重量等都得到优化的冲压零件。与其它种类拼焊板相比,点焊拼接板具有效率高、成本低等优点。 本文以车身常用板材构成的点焊拼接板为研究对象,采用试验研究与理论分析相结合的方法,对点焊拼接板的冲压成形性能进行了系统的研究,并与数值模拟结果进行了对比。主要成果和新见解如下: 1.试验表明:点焊拼接板冲压成形时,主要以母材变形为主,焊点变形较小,尤其是焊点熔核部分更难以变形;点焊拼接板在宏观上表现出性能的协调性,焊点只是对双层板的局部变形产生影响,对整体成形影响不大;点焊拼接板的总伸长率低于母材,但拉伸失稳前材料处于均匀伸长阶段的伸长率与母材相当。 2.用应力函数的方法得到焊点附近应力集中的分布情况,并以Swift-Hill屈服准则为判据,确定了单向拉伸时焊点附近产生塑性变形的力能条件。根据单一曲线假设,得到拉伸轴线上各点的应变情况,与有限元模拟结果对比可知,此方法仅适用于小弹塑性变形问题。 3.从理论上分析得到了双层板在弹性阶段和塑性阶段的机械性能参数,并由此绘制出了双层板的理论成形极限图。针对点焊拼接板的特点,首次提出了概率化成形极限图的概念,并结合有限元模拟出的成形件极限应变图,就可以初步进行选材预测,并确定生产的安全裕度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 引言
• 1.2 拼焊板成形性能的研究现状
• 1.2.1 拼焊板及其特点
• 1.2.2 拼焊板力学性能研究现状
• 1.2.3 拼焊板成形性能研究现状
• 1.2.4 拼焊板成形极限图研究现状
• 1.3 点焊拼接板及其特点
• 1.4 研究内容和方法
• 第2章 点焊拼接板冲压成形性能的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验设计
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验目的
• 2.2.3 焊点拉剪试验
• 2.2.4 单轴拉伸试验
• 2.2.5 成形极限试验
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 单轴拉伸试验
• 2.3.2 成形极限试验
• 2.4 本章小结
• 第3章 点焊拼接板焊点附近的应力应变分析
• 3.1 引言
• 3.2 焊点附近应力分布规律的推导
• 3.3 焊点附近等效应力的分布规律
• 3.4 焊点附近塑性变形的分布规律
• 3.4.1 焊点附近塑性变形区的理论分析
• 3.4.2 焊点附近塑性变形区的有限元模拟
• 3.5 本章小结
• 第4章 点焊拼接板冲压成形性能的理论分析
• 4.1 引言
• 4.2 成形极限图的理论基础
• 4.3 双层板成形性能分析
• 4.3.1 弹性变形阶段分析
• 4.3.2 塑性变形阶段分析
• 4.3.3 试验验证与分析
• 4.3.4 双层板的理论成形极限图
• 4.4 点焊拼接板的成形极限图
• 4.4.1 点焊拼接板的概率化成形极限图
• 4.4.2 焊点对板料成形性能的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 点焊拼接板冲压成形过程的有限元模拟
• 5.1 引言
• 5.2 点焊拼接板冲压成形过程的有限元模拟
• 5.2.1 MSC.Dytran有限元软件
• 5.2.2 点焊拼接板冲压成形有限元模型
• 5.2.3 胀形时的有限元模拟
• 5.2.4 拉深时的有限元模拟
• 5.3 成形极限图的工程应用
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文
• 致谢