高强度钢板热成形技术在车身结构中的应用研究

论文摘要

车身重量占整车质量的40%,所以车身的轻量化对于整车的轻量化起着举足轻重的作用,采用高强度钢板是目前实现车身轻量化最主要的方法之一。采用高强度钢板,可以在达到强度要求的同时有效减少钣金数量和材料厚度；另一方面,采用高强度钢板可以使车身更容易达到安全性能指标。但随着强度性能的提高,高强度钢板的成形性能大大降低,成形过程中极易产生破裂等现象,采用热冲压工艺来实现高强度钢板的成形可以解决这一问题。热冲压成形技术是一种利用金属在高温状态下塑性和延展性迅速增加、屈服强度迅速下降的特点,在热冲压模具上使零件成形的新工艺。与板料冷冲压相比,板料的热冲压成形具有塑性好、成形极限高、易于成形等优点。目前,热成形技术广泛应用于全球各大汽车公司的多种车型,重点使用在对碰撞性能要求较高的部位。车门防撞杆作为车门内部重要的车身结构件,在汽车发生侧面碰撞时,能够大大减轻车门的变形程度,从而减少汽车撞击对车内乘员的伤害,所以要求防撞杆有较高的强度；同时,车门作为开闭件,不能过于笨重,防撞杆的重量也应该得到控制,为了满足这两方面的要求,防撞杆采用热成形件是比较理想的选择。本文以某车型的车门防撞杆为研究对象,首先通过对热冲压成形机理的分析,制定了有效的致力于工程应用的热冲压成形方案流程；研究近净成形技术在防撞杆毛坯设计中的应用,有效降低了采用热冲压技术增加的加工成本；研究基于PAMSTAMP2G的数值模拟关键技术。通过对防撞杆的形状和成形特点的分析,设计了热冲压模具。建立了防撞杆热冲压的力学模型和有限元分析模型,对整个热冲压成形过程进行有限元数值模拟,得到了压边力、摩擦系数等工艺参数对热冲压模拟的影响,得到了相关部件的应力、应变以及温度场分布。解决了热力耦合分析中的一些关键参数的选取问题,如间隙相关的接触热导以及工件和模具接触换热系数等；研究防撞杆碰撞性能,通过比较普通钢板与热成形钢板,使用热成形钢板的防撞杆,在保证碰撞性能的基础上,重量可以减轻30%以上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题意义及课题来源
• 1.2 高强度钢板的应用
• 1.2.1 高强度钢板的分类及应用
• 1.2.2 高强度钢板热成形的应用
• 1.2.3 研究板料热成形工艺的意义
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 金属板料热冲压成形机理分析
• 2.1 热冲压成形机理
• 2.2 热弹塑性材料模型
• 2.3 板料热冲压有限变形理论
• 2.3.1 热冲压成形中的热壳单元
• 2.3.2 热弹塑性本构关系
• 2.3.3 屈服准则的选取
• 2.4 板料热冲压成形中的热力学分析
• 2.5 热力耦合有限元列式
• 2.5.1 控制方程的显式积分算法
• 2.5.2 积分算法的稳定条件
• 第三章 近净成形技术在毛坯设计中的应用
• 3.1 近净成形
• 3.2 净近成形技术在毛坯设计中的应用
• 3.2.1 毛坯设计常用方法
• 3.2.2 近净成形技术在毛坯设计中的应用
• 3.3 车门防撞杆的毛坯设计
• 3.3.1 理论模型
• 3.3.2 毛坯设计
• 3.4 本章小节
• 第四章 汽车车门防撞杆热冲压成形仿真
• 4.1 热冲压数值模拟流程
• 4.2 车门防撞杆热冲压模型的建立
• 4.2.1 数值模拟相关参数的确定
• 4.2.2 有限元模型
• 4.3 工艺参数热冲压模拟的影响
• 4.3.1 压边力对热冲压成形的影响
• 4.3.2 摩擦系数对热冲压成形的影响
• 4.4 热冲压模拟结果与分析
• 4.4.1 成形后及淬火后应力分布
• 4.4.2 温度场分布
• 4.4.3 温度与应力相互作用关系
• 4.5 本章小结
• 第五章 汽车车门防撞杆碰撞性能分析
• 5.1 防撞杆碰撞性能研究方法
• 5.1.1 车门防撞杆主要形式
• 5.1.2 汽车侧面碰撞试验法规
• 5.2 防撞杆碰撞模型的建立
• 5.2.1 有限元仿真流程
• 5.2.2 模型的建立
• 5.3 防撞杆的耐碰撞性能分析
• 5.3.1 防撞杆侧碰评价参数
• 5.3.2 防撞杆碰撞过程变形分析
• 5.3.3 防撞杆碰撞性能综合比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢
• Ⅳ-2 答辩委员会对论文的评定意见