超高强度可淬火钢板热成形工艺数值模拟研究

论文摘要

在汽车车身制造技术中,超高强度钢板热成形工艺可在实现车身轻量化的同时提高安全性。热成形工艺过程包含传统板料冲压成形的非线性和大变形,而且受系统温度变化和传热过程的影响很大,是一个非常复杂的接触问题,因此工艺开发周期较长。使用计算机模拟技术辅助超高强度钢板热成形工艺开发可以有效提高工艺开发和模具设计效率。本文根据热成形工艺的特点,使用ABAQUS软件建立了超高强度钢板热成形工艺的有限元模型,对U形件的热成形过程进行了动力显式热力耦合模拟,并基于无模法采用显式一隐式联合分析模拟了开模后工件的回弹。从而完成了全工艺的计算机模拟。通过对不同压边力条件下U形件热成形模拟结果分析,得出了如下结果：(1)压边力对成形过程的作用规律。压边力越大,成形过程中板料变薄和U形件翼边温度降低越严重,成形后工件回弹越小。(2)板料初始温度对成形过程的影响。板料的初始温度越高,越有利于成形,且成形后工件内部应力应变场分布越均匀。(3)热成形工艺中固态相变对回弹的影响。固态相变是导致工件回弹的因素之一,但其所占比重较小,且压边力越大,相变引发的回弹越小。(4)工件在保压淬火过程中温度分布和内部应力应变状态的变化规律,模拟发现通过模内淬火可有效改善工件应力状态。(5)热成形模具中冷却水平衡温度对工件和模具的温度分布及变化的影响。当冷却水流速为1.5m／s时,冷却水平衡温度越低,对工件和模具的冷却效果越好。冷却水平衡温度保持在30℃以下,即能保证工件完成淬火,再降低平衡水温对工件淬火和模具冷却效果影响较小。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超高强钢热成形技术简介
• 1.2.1 超高强度钢及其在汽车车身上的应用
• 1.2.2 超高强钢热成形工艺原理
• 1.2.3 热成形工艺特点
• 1.3 热成形数值模拟的发展
• 1.3.1 超高强钢热成形数值模拟的特点
• 1.3.2 热成形数值模拟的国内外研究现状
• 1.4 选题背景及意义
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 超高强钢热成形模拟基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 基本原理和方程
• 2.2.1 基本方程
• 2.2.2 虚功原理
• 2.3 材料模型
• 2.3.1 材料的力学模型
• 2.3.2 材料的热学性能
• 2.3.3 相变对材料性能的影响
• 2.4 接触模型
• 2.4.1 摩擦模型
• 2.4.2 接触传热
• 2.5 有限元方程
• 2.5.1 动力显式有限元方程
• 2.5.2 传热分析的有限元方程
• 2.5.3 热力耦合分析
• 第3章 热成形冲压过程及回弹的模拟研究
• 3.1 热成形工艺模型的建立
• 3.1.1 边界条件
• 3.1.2 温度初始条件和接触条件
• 3.2 压边力对冲压过程的影响
• 3.2.1 压边力对工件应力应变的影响
• 3.2.2 压边力对工件变薄的影响
• 3.2.3 压边力对成形后工件温度的影响
• 3.3 板料初始温度对冲压过程的影响
• 3.3.1 板料初始温度对工件应力应变的影响
• 3.3.2 板料初始温度对成形力和接触面积的影响
• 3.4 回弹及其影响因素的模拟研究
• 3.4.1 模型的导入
• 3.4.2 压边力对回弹的影响
• 3.4.3 相变对回弹的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 热成形淬火过程的模拟研究
• 4.1 对流传热理论
• 4.1.1 对流换热及其影响因素
• 4.1.2 对流换热的微分方程
• 4.2 模型的简化和建立
• 4.3 保压时间对淬火过程的影响
• 4.3.1 保压时间对工件温度的影响
• 4.3.2 保压时间对工件应力应变状态的影响
• 4.4 冷却水温对淬火过程的影响
• 4.4.1 冷却水温度对工件温度及其变化的影响
• 4.4.2 冷却水温度对模具温度及其变化的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的科研成果
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT