韧性辊弯成型有限元建模与成形缺陷怎样

摘要：辊弯成型产品具备尺寸精度高、表面质量好且节能省材等优点,被越来越多的运用于汽车车身结构件中。其中,与传统辊弯成型相比,先进高强钢变截面辊弯成型能够在更大程度上提升板材承载能力、减轻结构重量,推进实现汽车轻量化目标。但是,新工艺新材料的运用也带来了相应的技术难题,其中很重要的一个就是高强钢辊弯成型断裂缺陷不足。为了减轻构件质量,通常希望得到较小的弯曲半径,但高强钢在室温下韧性和塑性较差,变形能力较差,容易在折弯处产生裂纹,导致产品出现缺陷。所以探讨先进高强钢板材在辊弯成型中的断裂不足对于提升辊弯成型工艺水平和产品质量具有十分重要的作用。本课题通过材料性能测试试验、本构模型探讨、韧性断裂机理浅析、韧性断裂准则建立、有限元浅析及断裂损伤演化实现策略运用等一系列探讨,最终实现对变截面辊弯成型历程中先进高强钢板材断裂缺陷发生时间和位置的预测,得到进给速度与断裂缺陷联系的相关结论。根据金属材料拉伸试验策略,针对先进高强钢DP980进行不同受力状态、不同应变速率下的材料性能测试试验。基于辊弯成型历程有限元仿真中提取的材料变形区应变速率范围,以及对变形区各点应力状态的浅析结果,对DP980材料进行三种受力状态(单向拉伸、平面应变和剪切)下不同应变速率的材料拉伸试验。对相关试验数据进行进一步处理,对断裂后的试件进行浅析探讨,并验证了所建立材料性能测试试验有限元模型的可靠性。通过对金属弹塑性力学行为表征策略的探讨,建立适用于先进高强钢DP980的应变速率相关塑性本构模型。基于材料性能测试试验数据,利用MATLAB程序进行非线性曲线的拟合,得到相关参数,进而建立了与材料应变速率相关的塑性本构模型。在加载本构模型后,通过与试验数据进行比较来验证本构模型的可靠性。通过比较浅析可知,仿真数据与试验数据吻合良好,基本验证了所建立本构模型的可靠性。基于对金属材料韧性断裂机理及常用韧性断裂准则的深入探讨,建立了多个韧性断裂准则,并结合有限元浅析策略及材料断裂损伤演化实现策略,实现对先进高强钢板DP980在不同受力状态、不同应变速率下断裂历程的模拟,并与试验结果比较进行验证。在此基础上对变截面U型槽辊弯成型进行工艺规划,建立其有限元模型并进行计算。通过对不同进给速度下仿真结果的深入浅析,对变截面U型槽辊弯成型历程中断裂缺陷发生的时间及位置进行预测,并得到进给速度、应变速率与断裂缺陷之间联系的相关结论,以而为工艺优化以及工程实践提供论述依据。关键词：先进高强钢论文辊弯成型论文韧性断裂论文本构模型论文应变速率论文

摘要3-4

ABSTRACT4-8

引言8-9

1. 绪论9-19

1.1 汽车用先进高强钢的运用9

1.2 辊弯成型技术探讨近况9-12

1.2.1 柔性辊弯成型技术概述9-11

1.2.2 辊弯成型常见成形缺陷浅析11-12

1.3 辊弯成型有限元模拟技术探讨12-14

1.4 材料弹塑性力学行为表征探讨14-15

1.5 金属成形韧性断裂探讨15-17

1.6 课题探讨的目的及主要探讨内容17-19

1.6.1 课题探讨的目的与作用17-18

1.6.2 主要探讨内容18-19

2. 高强钢材料性能测试试验19-30

2.1 先进高强钢DP980材料基本参数19

2.1.1 材料化学成分19

2.1.2 材料力学性能19

2.2 材料拉伸试验速率范围选定19-21

2.3 辊弯成型历程板材应力状态浅析21-22

2.4 DP980先进高强钢材料性能测试试验22-28

2.4.1 拉伸试件的设计与制备22-23

2.4.2 拉伸试验有限元仿真23-25

2.4.3 拉伸试验结果及浅析25-27

2.4.4 有限元模拟可靠性验证27-28

2.5 本章小结28-30

3. 高强钢材料弹塑性力学行为表征探讨30-34

3.1 与应变速率相关的先进高强钢材料本构模型探讨30

3.2 非线性曲线拟合及DP980本构模型的确立30-32

3.3 本构模型可靠性验证32-33

3.4 本章小结33-34

4. 高强钢材料成形韧性断裂探讨34-42

4.1 常用韧性断裂准则及其一般性表达式34-35

4.2 韧性断裂准则的建立35-38

4.2.1 韧性断裂准则的选取35-37

4.2.2 断裂损伤演化实现策略探讨37-38

4.3 有限元仿真结果与实验结果比较浅析38-40

4.4 本章小结40-42

5. 变截面辊弯成型有限元仿真与缺陷预测42-51

5.1 变截面U型槽辊弯成型工艺探讨42-43

5.1.1 成形道次数的确定42-43

5.1.2 各道次成型角与辊花图43

5.2 变截面U型槽辊弯成型有限元模型的建立43-46

5.2.1 有限元前处理网格划分43-44

5.2.2 模拟求解策略的选择44-45

5.2.3 材料模型的建立45

5.2.4 接触和边界条件的设定45-46

5.3 有限元仿真结果浅析及成形缺陷预测46-50

5.3.1 有限元仿真结果浅析46-49

5.3.2 成形缺陷预测及相应改善措施49-50

5.4 本章小结50-51

结论与展望51-53