超高强度钢冷弯特性和回弹的实验研究与数值仿真

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenda1982
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随着汽车对强度和轻量化的要求不断提高,高强度钢逐渐成为现代汽车制造过程中的首选材料。然而,以马氏体钢为代表的1000MPa级别超高强度钢材料延伸率低、屈服极限高,这些特性决定了其成形零件不会有复杂形状和大变形量,弯曲变形是其典型的成形方式,但弯曲破裂也常有发生。目前,针对1000MPa强度级别的超高强度钢成形工艺研究并不多见,材料局部成形特别是极限弯曲成形的实验数据积累较少。另一方面,由于材料的流动应力水平较高,零件卸载后的回弹量更大,尤其是超高强度DP钢在反向加载时候出现的包申格效应,使回弹预测难度加大。提高回弹预测准确度本质上是要提高对材料力学响应的描述精度,针对具有强包申格效应的材料,学界已经提出了各种理论模型,但大多以提高数学模型复杂程度为代价换取精度,这使材料参数的确定过程变得复杂。针对以上不足,本文在与宝钢横向校企合作项目和国家自然科学基金(51075269)的支持下,完成了对1000MPa级别超高强度钢弯曲性能的实验研究和考虑包申格效应的回弹预测,主要研究内容如下:对总共7种不同牌号的超高强度马氏体钢(MS)、双相钢(DP)和QP钢进行了三点弯曲实验,设计了在线观察试样外表面微裂纹的装置以捕捉破裂临界时刻,获得了特定弯曲角度下(90°、120°、150°)各个材料的最小弯曲半径实验值,以及特定弯曲半径下(R/T=1、1.5、2)各个材料的最大弯曲角度实验值,并总结了这两种弯曲性能表征方式与材料厚度、强度、延伸率、各向异性系数等参数的关系。对三点弯实验中的回弹,用Dynaform进行了模拟,与实验结果一起比较了软件的模拟精度。由于三点折弯过程没有循环加载,故模拟中硬化准则处理为各向同性,比较了Barlat’89与Hill’48屈服准则对回弹的影响。针对成形中普遍存在的材料流过拉深筋后回弹难以控制的现象,设计了变拉深筋的U弯试验,改变拉深筋的高度和形状对板料进行不同程度的弯曲反弯曲,用激光扫描回弹后的试样截面形状。采用两种非线性的硬化模型——Yoshida-Uemori模型和NSK Swift模型——对U弯过程进行了模拟,回弹结果表明Yoshida-Uemori模型和NSK Swift模型的预测能力相当,都能较好得与实验结果吻合,而NSK理论中提出的控制函数能准确反映材料性能,因此可以仅采用单拉数据就能完成参数确定。
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