大应变本构模型及其在扭曲回弹中的应用

论文摘要

汽车覆盖件成形回弹的数值模拟计算是一个包含了几何非线性、材料非线性和边界非线性的强非线性问题。如何精确的预测回弹一直是工业界和学术界的重要研究课题。有研究提出，材料的本构关系的准确与否是影响回弹计算结果准确性和可靠性的最重要的因素之一。特别是在有反复加载的情况下，材料模型的包辛格效应及循环硬化特征对于回弹计算精度有重要影响，一个准确的本构模型必须考虑以上两点。先进高强度钢在板料成形中的广泛应用使得回弹问题更加突出，且回弹规律不同于普通软钢，回弹是影响冲压件尺寸精度和装配精度的主要因素之一。回弹主要表现为开口回弹、卷曲回弹和扭曲回弹等，其中以扭曲回弹最难控制和克服。围绕先进高强度钢的扭曲回弹这一主题，本论文研究内容包括扭曲回弹机理、扭曲回弹预测和扭曲回弹补偿三个方面：1.针对汽车零件冲压扭曲回弹变形形式多种多样，本文对冲压现场中容易出现扭曲回弹零件的几何特征进行了归纳，从理论和试验两个方面对扭曲回弹机理进行研究。2.基于ABAQUS的UMAT二次开发平台，结合Von Mises屈服准则的Yoshida-Uemori双面本构模型和径向返回算法，开发用于高强度钢扭曲回弹的用户材料子程序。3.在有限元数值模拟中，分析不同材料强化模型（各向同性强化模型、随动强化模型和边界面模型）对扳料扭曲回弹的影响。并设计开发扭曲回弹特征模试验模具，并进行相应的仿真和试验对比。4.基于板料同弹前后位移差的模具迭代修正方法（DA）法，对先进高强度钢扭曲回弹补偿进行了初步研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高强度钢概述
• 1.3 扭曲回弹表现形式和机理
• 1.3.1 扭曲回弹表现形式
• 1.3.2 扭曲回弹机理
• 1.4 回弹预测方法研究
• 1.4.1 回弹试验预测研究
• 1.4.2 有限元数值模拟法
• 1.4.3 材料本构关系研究
• 1.5 回弹补偿方法研究现状
• 1.5.1 工艺控制法研究
• 1.5.2 回弹补偿法研究
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 Yoshida-Uemori 双面本构模型及积分算法
• 2.1 引言
• 2.2 材料本构方程基本理论
• 2.2.1 屈服准则
• 2.2.2 塑性流动法
• 2.2.3 硬化法则
• 2.3 Yoshida-Uemori 双面本构模型
• 2.4 本构积分算法
• 2.4.1 径向返回算法
• 2.4.2 Yoshida-Uemori 双面本构模型积分算法
• 2.4.3 Yoshida-Uemori 本构模型在 ABAQUS 中实现
• 2.5 小结
• 第3章 扭曲回弹特征模具试验及有限元仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 扭曲回弹特征模具试验
• 3.2.1 扭曲回弹特征模具
• 3.2.2 扭曲回弹的评价指标
• 3.2.3 点云数据处理方法
• 3.3 冲压回弹仿真的有限元方法
• 3.3.1 有限元求解格式
• 3.3.2 单元类型
• 3.3.3 接触摩擦模型
• 3.3.4 刚体位移约束
• 3.3.5 仿真步骤
• 3.4 试验与仿真的对比分析
• 3.4.1 材料本构模型参数
• 3.4.2 应力应变曲线对比
• 3.4.3 实验结果对比与分析
• 3.5 小结
• 第4章 扭曲回弹补偿研究
• 4.1 引言
• 4.2 板料回弹补偿方法
• 4.2.1 反向变形力补偿方法
• 4.2.2 反向位移补偿方法
• 4.3 基于截面线的扭曲补偿
• 4.3.1 扭转参考线
• 4.3.2 扭曲回弹的分解
• 4.3.3 曲线的离散
• 4.3.4 基于截面线的扭曲回弹补偿
• 4.4 基于 DYNAFORM 的回弹补偿
• 4.5 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的学术论文