高强钢冲压模具受力分析有限元模拟与实验研究

论文摘要

近年来,随着人们对汽车减重和安全性能要求的不断提高,全球钢铁工业发起了超轻车身项目（ULSAB）和超轻车身-高级车概念项目（ULSAB-AVC）,并广泛在车身上应用了高强度钢板,以实现汽车减重和提高汽车安全性能的目标。但高强钢在汽车工业广泛应用的同时,由于其高屈服强度、高抗拉强度,也给汽车覆盖件模具的设计和应用带来了一系列的问题,如模具破裂、模具磨损、模具变形以及模具重量增加等。因此,本文针对高强钢的冲压展开针对冲压模具受力分析的研究来获得冲压模具应变应力和弹性变形的分布情况。研究方法为有限元数值模拟和实验相结合。本文研究出一种新的有限元数值模拟方案,即以板料成形为基础的模具受力分析有限元数值模拟方法,板料材料采用DP600。首先使用动力显式积分有限元软件LS-DYNA进行冲压成形有限元模拟,提取每步模拟结果中的板料与模具之间的接触载荷;随后,在HyperMesh中用8节点六面体网格建立模具实体有限元模型,并将上述提取的载荷通过载荷映射算法施加在模具网格相应的节点上;最后将带有载荷和其他边界条件的模具有限元模型导入MSC.MARC,进行模具受力分析有限元数值模拟。本课题采用浅槽贴片法来测量冲压模具的受力,即在模具受力严重,或关键的区域切3-5mm深的浅槽（不影响成形的前提下）,在槽内贴应变片的方法来测量模具应变,并计算该点的应力。在不与板料接触的模具表面可直接粘贴应变片。通过模拟,可以清晰的从后处理结果中查看模具在任何冲压时间段上应力、应变以及弹性变形的分布。也可以查看模具上任何一个单元节点的结果信息。文中对实验结果和模拟结果进行对比分析,得出结论是实验数据与模拟数据基本吻合。因此可以证明以板料成形模拟为基础的、静力积分和动力积分两种算法相结合的数值模拟方法分析冲压模具的变形和应力分布是可信的,而且又兼顾了计算效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 高强钢在汽车生产中的应用
• 1.1.2 高强钢的定义与分类
• 1.1.3 典型高强钢 DP 钢的性能与特点
• 1.2 汽车覆盖件拉深模具结构特点及工作原理
• 1.2.1 冲压模具在汽车生产中的作用
• 1.2.2 汽车覆盖件的特点及要求
• 1.2.3 汽车覆盖件模具结构
• 1.2.4 汽车覆盖件冲压工作原理
• 1.3 课题研究目标及研究方法
• 1.3.1 高强钢给模具带来的问题
• 1.3.2 课题研究的目标
• 1.3.3 模具受力分析的发展现状
• 1.3.4 冲压模具受力分析研究方法
• 1.4 本章小结
• 第二章 冲压模具受力分析有限元理论
• 2.1 冲压模具受力有限元模拟方案
• 2.2 板料成形有限元模拟
• 2.2.1 板料成形有限元理论概述
• 2.2.2 动力显式积分方法
• 2.3 模具载荷映射方法
• 2.4 模具受力有限元模拟理论
• 2.5 本章小结
• 第三章 冲压模具受力分析有限元模拟
• 3.1 建立有限元几何模型
• 3.1.1 冲压工艺的选择
• 3.1.2 设计拉深模具
• 3.2 板料成形有限元模拟
• 3.2.1 DP 钢材料性能
• 3.2.2 拉深成形有限元模拟前处理
• 3.2.3 拉深成形有限元模拟结果
• 3.3 拉深模具受力有限元模拟
• 3.3.1 拉深模具受力有限元模拟前处理
• 3.3.2 拉深模具载荷映射
• 3.3.3 拉深模具受力有限元模拟结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 冲压模具受力测量实验
• 4.1 实验应力应变测量方法
• 4.1.1 应力测量方法介绍
• 4.1.2 应力测量原理
• 4.1.3 温度补偿
• 4.2 实验设计与准备
• 4.2.1 测量点选择
• 4.2.2 应变片粘贴
• 4.2.3 实验电路连接
• 4.2.4 应力数据采集软件
• 4.3 现场实验
• 4.3.1 模具安装
• 4.3.2 冲压实验安排
• 4.3.3 冲压过程
• 4.4 实验结果及与模拟结果对比
• 4.4.1 实验数据处理
• 4.4.2 实验结果与模拟对比
• 4.5 实验结论
• 第五章 汽车覆盖件冲压模具受力有限元模拟实例
• 5.1 覆盖件冲压模具有限元建模
• 5.2 有限元数值模拟结果
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录