汽车车身覆盖件抗凹试验研究及连续过程仿真

论文摘要

汽车车身覆盖件抗凹性是指覆盖件在承受一定外载荷时抵抗凹陷挠曲或变形,保持形状的能力,其检验评估对于车身选材和保证汽车车身质量有着非常重要的意义。目前对车身覆盖件抗凹性的研究主要集中在基础性试验研究和基于有限元技术的数值模拟。但是在试验研究方面,试验系统设计尚不规范,试验过程的可靠性及准确度有待进一步提高。在数值模拟方面,虽然对抗凹仿真进行了有益的探索,精度上有了很大的提高,但是由于大都采用隐式算法,计算结果难以收敛,且计算时间较长,很难将其应用于几何形状复杂的实际车身覆盖件。本文以能较好反映汽车车身覆盖件几何特点和冲压变形特点的双曲扁壳类覆盖件为研究对象,从试验和数值模拟两个方面对汽车车身覆盖件抗凹性进行了较为深入的研究。包括对双曲扁壳类覆盖件进行静态抗凹性的理论分析,设计并建立了用于测试汽车车身覆盖件抗凹性的试验装置和配套的单点逐次加载试验方法。基于ABAQUS软件实现了对双曲扁壳模拟覆盖件冲压、回弹、静态抗凹变形等连续过程的仿真,提高了抗凹仿真模型的精度。本文的主要结论有:1.采用单点逐次加载试验方法保证了试件每次受到载荷作用点的一致性,减少了一次加载静态抗凹性试验中因为每次载荷作用点位置不同带来的误差,同时缩短了试验周期,提高了试验效率;2.试验研究表明,增大车身覆盖件的成形压边力,或选用屈服强度较大的板材都有利于改善车身覆盖件的静态抗凹性能;3.基于ABAQUS软件可实现对双曲扁壳模拟覆盖件的冲压、回弹、静态抗凹变形等连续过程的数值模拟,通过综合考虑模拟覆盖件的材料性能、几何形状、加工条件、加工硬化现象、板料减薄、回弹情况等影响因素,能有效地提高仿真模型的精度;4.对局部凹陷载荷和凹痕深度在不同阶段存在的线性关系进行拟合,采用小位移抗凹刚度K1和大位移抗凹刚度K2两个指标作为评定和比较车身覆盖件抗凹性的重要依据;5、通过研究单元网格尺寸和考虑材料各向异性对仿真模型精度的影响,选择最佳的单元网格尺寸和引入Hill屈服准则提高仿真模型的精度,使试验结果与仿真结果的偏差由19-26%降低到11-19%。6、通过仿真分析表明,针对同种板料的车身覆盖件,增加板料厚度将提高覆盖件的抗凹性能。上述研究结果使得汽车车身覆盖件的抗凹性能评估更为精准,将为建立统一规范的覆盖件抗凹性能评估体系提供科学依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 研究背景、意义及课题来源
• 1.2 抗凹性研究现状
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 试验研究现状
• 1.2.3 抗凹性有限元数值模拟研究现状
• 1.3 研究内容
• 第二章 汽车车身覆盖件抗凹性的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 矩形双曲扁壳小位移抗凹刚度分析
• 2.3 双曲扁壳大位移抗凹刚度分析
• 2.4 双曲扁壳静态局部凹痕抗力分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 汽车车身覆盖件抗凹性试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验原理
• 3.3 试验试件的设计和制备
• 3.3.1 试件设计
• 3.3.2 试件制备
• 3.4 万能材料试验机及测控系统
• 3.5 其他试验设备设计
• 3.5.1 试验机压头设计
• 3.5.2 试验机夹具设计
• 3.6 试验方案设计
• 3.6.1 试验条件
• 3.6.2 试验方法的比较与选择
• 3.6.3 试验步骤
• 3.7 抗凹性评估标准和参数设计
• 3.7.1 局部凹陷载荷和凹痕深度
• 3.7.2 两个重要的刚度
• 3.8 试验结果分析
• 3.8.1 试件材料
• 3.8.2 成形条件的影响分析
• 3.8.3 材料参数的影响分析
• 3.9 本章小结
• 第四章 汽车车身覆盖件抗凹性连续过程仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 ABAQUS 软件介绍
• 4.3 模拟板材成形过程中涉及的有限元积分算法
• 4.3.1 静力隐式积分算法
• 4.3.2 动力显示积分算法
• 4.3.3 接触算法
• 4.3.4 显示积分算法的稳定条件
• 4.4 有限元模型的建立
• 4.4.1 仿真对象及条件描述
• 4.4.2 有限元模型建立步骤
• 4.5 本章小结
• 第五章 模型仿真结果和精度分析
• 5.1 仿真结果分析
• 5.1.1 局部凹痕载荷仿真值
• 5.1.2 抗凹刚度仿真值
• 5.1.3 局部凹陷载荷试验值
• 5.1.4 抗凹刚度试验值
• 5.1.5 仿真结果与试验结果对比分析
• 5.2 模型的精度分析与改进
• 5.2.1 一次改进：网格细化
• 5.2.2 二次改进：材料各向异性与HILL 准则
• 5.3 工程应用问题实例分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 已经开展的主要工作
• 6.2 现有工作的不足和今后的研究思路
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文及撰写的报告
• 致谢