基于Yoshida-Uemori模型的超高强钢板成形预测分析

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汽车的安全性能一直以来都备受关注,其中,又以防碰撞性能尤为重要。(超)高强钢得益于其优良的比强度,在加强汽车防碰撞性能的同时,还能提高车辆的轻量化程度,因而被广泛使用。具体来说,高强钢主要用于民用汽车车身;而对于一些在使用过程中会不可避免地发生碰撞行为的特种车辆,由于其对车身材料的硬度和强度通常有着更高的要求,因此,超高强钢更受青睐。虽然超高强钢整体性能较好,但是在其成形过程中出现的回弹和破裂问题也尤为突出。本文着力于解决某特种车辆所使用的超高强钢板在冷塑形成形过程中出现的回弹和破裂问题。首先,通过对超高强钢试样进行单向拉伸试验和拉伸-压缩试验获得其各类力学行为数据。而后,基于在Matlab中自开发的本构模型参数自动化标定程序,通过把在LS-DYNA中所得到的拉伸-压缩RVE(代表性体积单元,Representative Volume Element)有限元模拟结果与试验结果之间的误差作为目标函数,利用遗传算法实现对超高强钢本构模型参数的标定。该本构模型充分考量了超高强钢板屈服行为和硬化行为的各向异性,并被耦合进Dynaform有限元平台,用于完成超高强钢板V型自由折弯成形过程的有限元分析建模。基于该有限元模型,本文对超高强钢板在不同V型自由折弯工艺参数条件下回弹和破裂现象进行了预测并且提出了相应的工艺优化措施。最后,通过工艺试制对有限元仿真的准确性和工艺改进措施的有效性进行了试验验证。本文所获得的主要内容如下:(1)基于本文所开发的超高强钢本构模型参数自动化标定程序,获得了6252和500A超高强钢本构模型,且模型预测结果与试验结果之间具有较好的一致性。因此,该算法在超高强钢材料本构建模的应用方面具有一定的普适性,也可被进一步拓展用于其他类型材料本构模型的构建。(2)针对6252超高强钢V型自由折弯过程的有限元分析表明,在一定范围内,摩擦系数越大,板料的回弹量就越大;同时,随着凸模压下量的变大,回弹量也呈增长趋势。并通过凸模压下量控制工件回弹后的角度,经试验验证,回弹模拟结果与实际回弹角度之间的误差在2%以内。(3)针对500A超高强钢V型自由折弯过程的有限元分析表明,增加凸模的压下量,板料的回弹量在一定范围内波动;同时,适当调整凸模圆角和工件拐角处圆角的设计,可以使工件的最大减薄率减小,且成形极限图中破裂区也随之消失。经过数值模拟仿真和试验验证,最终确认最佳方案为:凸模圆角半径为25mm,开口角度为78°;凹模开口距离为80mm,开口角度为78°;工件倒圆角半径为45mm。
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