基于YBT模型的汽车薄钢板抗皱性能研究

论文摘要

汽车轻量化要求车身采用强度更高的钢板,可以减轻车身重量,增加汽车安全性。车身零件采用高强度钢后,材料强度变高,板料变薄,材料成形性变差,使得其在冲压成形中的起皱,面畸变问题更加突出。因而研究板料的抗皱性问题在国际范围内引起了广泛关注。板材起皱的数值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,长期以来一直是研究的难点。尽管人们对板材抗皱问题做了较多的仿真和试验研究工作,其中最具代表性的即为著名的方板对角拉伸试验（YBT）,在一定程度上获得了板材的抗皱性能,但这些研究都没有考虑板材冲压成形过程中和模具接触的情况,因而不够准确。本论文以方板对角拉伸试验模型为研究对象,以高强度钢BIF340,DP600为板材,利用试验-数值仿真对比分析的方法,着重研究了两种材料的抗皱性能;并进一步考虑冲压过程中板料与模具的接触状况,建立了带有单面接触的YBT试验仿真模型,分析了接触的存在对起皱的影响。本文具体研究内容包括:1.阐释了起皱的机理、评价指标和起皱预测理论,并结合LS-DYNA有限元仿真软件,介绍了起皱预测理论在仿真中的实现过程。2.选取BIF340,DP600两种材料,开展了标准的YBT试验,并同步进行了数值仿真,数值仿真的误差约为15%,验证了有限元仿真模型的正确性及仿真对起皱问题的预测精度。3.考虑冲压成形过程中板料与模具的接触状态,建立了单面接触的YBT仿真模型,分析了接触以及接触卸载对起皱失稳高度的影响。结果表明由于接触的存在,明显降低了起皱高度,接触作用卸载后,试件发生回弹导致起皱高度增大。并研究了摩擦系数,接触面积对起皱和回弹的影响。4.采用均匀设计方法,研究材料的弹性模量E、硬化指数n、强度系数K、材料厚度t四个材料参数对抗皱性能的影响,并从单参数浮动和多参数交互两个角度对这四个参数进行了针对起皱高度的敏感度分析。分析表明板材厚度t对起皱高度影响最为显著,依次为n,K,E。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文研究背景与意义
• 1.2.1 汽车轻量化与高强度钢的应用
• 1.2.2 汽车覆盖件抗皱问题研究现状
• 1.3 起皱的机理、评价指标及影响因素
• 1.3.1 起皱的机理
• 1.3.2 抗皱性测定
• 1.3.3 抗皱性评价指标
• 1.3.4 起皱问题的影响因素
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 板材成形有限元仿真理论和方法
• 2.1 引言
• 2.2 大变形弹塑性有限元理论
• 2.3 有限元求解格式
• 2.4 非线性弹塑性材料的本构关系
• 2.4.1 屈服准则
• 2.4.2 流动准则
• 2.4.3 非线性弹塑性本构关系
• 2.5 板材起皱预测理论及其在有限元软件中的实现
• 2.5.1 起皱预测理论
• 2.5.2 有限元仿真软件实现步骤
• 2.6 小结
• 第3章 YBT 试验及有限元仿真
• 3.1 引言
• 3.2 标准YBT 试验及有限元仿真
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 标准YBT 试验过程
• 3.2.3 标准YBT 试验的仿真过程
• 3.3 仿真与试验结果对比分析
• 3.3.1 试验和仿真中的起皱评价指标
• 3.3.2 试验结果对比分析
• 3.4 带有单面接触的YBT 试验的仿真
• 3.4.1 接触摩擦模型
• 3.4.2 仿真过程的建立
• 3.4.3 接触对起皱影响的仿真分析
• 3.4.4 接触参数对起皱高度影响的仿真分析
• 3.5 小结
• 第4章 材料性能对板材抗皱性的影响
• 4.1 引言
• 4.2 单参数浮动的敏感性分析
• 4.3 基于回归模型的敏感性分析
• 4.3.1 二次多项式回归模型
• 4.3.2 均匀设计方法
• 4.4 小结
• 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