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高强钢回弹预测中材料模型的适用性研究及回弹补偿的自动实现

作　者: 张璐
导　师: 陈军
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 先进高强度钢包申格效应 Yoshida-Uemori模型回弹补偿
分类号: TG386
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

板料冲压成形作为一种塑性加工方法,广泛应用于汽车行业。以DP钢为代表的先进高强度钢具有较高的强度和延伸率,能满足车体轻量化和碰撞安全性的要求,已被广泛应用于汽车零部件生产。然而先进高强钢板的屈服极限较高,会使成形卸载后的回弹量增加,并且先进高强度钢板在反向加载时表现出独特的材料特性,出现包申格效应,使得精确预测回弹更加困难。回弹现象会导致后续装配出现问题,不能保证零件尺寸精度,因此如何获得精确的回弹量并对回弹进行控制十分重要。传统的各向同性材料硬化模型并未考虑循环加载中出现的包申格效应,不能体现先进高强度钢板在反向加载时真实应力应变状态,针对以上不足,本文在国家科技重大专项(2010ZX04014-072)和国家自然科学基金(51075269)的支持下,考虑新型材料硬化模型在回弹预测中的应用,并实现对回弹的自动补偿。主要研究内容总结如下:讨论了影响回弹数值模拟精度的两个重要因素—材料硬化模型和接触处理方式。应用了考虑随动硬化的Yoshida-Uemori硬化模型,可以描述循环加载时出现的包申格效应、弹性区域向塑性区域的圆滑过渡、弹性模量同累积塑性应变之间的关系,体现高强钢在大塑性变形时的持续硬化现象。讨论了传统接触方式和光滑接触方式,传统接触方式容易出现穿透问题和接触力法向计算错误,会给数值模拟预测回弹带来误差,光滑接触方式可有效避免这些问题,提高回弹预测精度。传统修正模面的方法,比如试错法,成本高且效率低下。本文基于对冲压件回弹的准确预测,应用LS-DYNA有限元仿真分析软件,实现对回弹的自动补偿,通过迭代算法对模具形状不断修正使得最后成形的零件在回弹后恰好满足设计形状要求,对指导工业实际生产有重要意义。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 课题研究背景  9-11
  1.2 高强钢概述及其在汽车工业中的应用  11-13
    1.2.1 DP 钢简介  12-13
    1.2.2 DP 钢的回弹问题  13
  1.3 冲压件回弹预测及回弹控制研究现状  13-16
    1.3.1 冲压件回弹预测研究现状  13-15
    1.3.2 冲压件回弹控制研究现状  15-16
  1.4 冲压成形数值仿真有限元建模关键技术  16-19
    1.4.1 单元技术  16-17
    1.4.2 材料模型  17-18
    1.4.3 接触处理方式  18-19
    1.4.4 求解方式  19
  1.5 课题的来源  19
  1.6 本文研究内容  19-21
第二章不同屈服准则及硬化模型在回弹预测中的应用  21-40
  2.1 屈服准则及硬化模型概述  21-25
    2.1.1 Barlat 及Hill 屈服准则介绍  22
    2.1.2 硬化模型介绍  22-25
  2.2 CAE 分析中常用的材料模型  25-27
  2.3 Yoshida-Uemori 硬化模型概述  27-36
    2.3.1 Yoshida-Uemori 硬化模型提出的背景  27-29
    2.3.2 Yoshida-Uemori 硬化模型的构建  29-35
    2.3.3 Yoshida-Uemori 硬化模型的修正  35-36
  2.4 Yoshida-Uemori 硬化模型参数的确定及相关实验  36-38
    2.4.1 实验方法  37-38
    2.4.2 确定模型参数的计算方法  38
  2.5 本章小结  38-40
第三章材料模型在回弹预测中的应用实例及实验验证  40-60
  3.1 屈服准则及硬化模型在LS-DYNA 中的应用  40-42
    3.1.1 基于Barlat89 的各向同性硬化模型  40-41
    3.1.2 基于Hill48 的各向同性硬化模型  41
    3.1.3 Yoshida-Uemori 随动硬化模型  41-42
  3.2 Yoshida-Uemori 材料模型参数的获得  42-47
    3.2.1 拉伸-压缩试验  42-44
    3.2.2 拉伸-压缩实验种类  44-46
    3.2.3 材料模型参数的确定  46-47
  3.3 数值模拟实例  47-54
    3.3.1 零件几何模型  47
    3.3.2 建立有限元模型  47-50
    3.3.3 适用不同材料模型下的回弹结果  50-52
    3.3.4 接触方式对接触力的影响  52-54
  3.4 实验及测量  54-57
    3.4.1 实验模具及设备  54-56
    3.4.2 回弹结果测量  56-57
  3.5 结果比较  57-59
  3.6 本章小结  59-60
第四章高强钢冲压件回弹自动补偿的实现  60-77
  4.1 回弹补偿概述  60-64
    4.1.1 回弹量的获取  60-61
    4.1.2 补偿量的确定  61-62
    4.1.3 模具型面补偿原理  62-63
    4.1.4 回弹补偿中需要注意的问题  63-64
  4.2 回弹自动补偿在LS-DYNA 中的应用  64-67
  4.3 回弹补偿应用实例  67-75
    4.3.1 汽车仪表板左侧内板几何模型  67-68
    4.3.2 汽车仪表板左侧内板有限元建模  68-69
    4.3.3 初次成形及回弹分析  69-71
    4.3.4 回弹自动补偿  71-75
  4.4 本章小结  75-77
第五章结论与展望  77-79
  5.1 主要结论  77-78
  5.2 研究展望  78-79
参考文献  79-84
致谢  84-85
攻读硕士学位期间完成的论文  85-87

高强钢回弹预测中材料模型的适用性研究及回弹补偿的自动实现

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