基于残余应力数值仿真的拼焊板冲压成形及焊缝移动预测建模分析

摘要

随着我国汽车工业的发展壮大以及人们消费水平的提升，汽车正快速进入居民家庭。汽车工业的进步，相应对汽车工艺制造技术，特别是汽车车身覆盖件制造要求逐渐提高。拼焊板冲压技术，作为汽车向轻量化方向发展的一个关键技术，越来越多的受到关注和重视。利用该技术可以突破对轧钢设备对超宽板材的限制，提高材料的利用率，可以合理设计车身的结构强度。
　　本课题通过专业焊接仿真软件SYSWELD对激光拼焊板进行仿真分析，获得不同拼焊接要求下的焊缝周边温度场和应力场数据，仿真绘制出在2.5s,8s,13s,16s,46s,500s等时间下的温度分布图，得到冷却到室温后的应力应变曲线和残余应力曲线。根据实际研究需要提取得到沿焊缝方向和垂直焊缝方向的σsigma22σmeanstress等应力应变（stress-strain）值。
　　同时通过拉伸与弯曲塑性变形实验，对高强度与低强度材料焊接而成的钢板进行加载试验，通过实验得出试件在塑性变形条件下，焊接结合处抗塑性变形能力最低，并首先在两种材料结合处出现裂纹。由此说明在塑性变形条件下焊缝处是薄弱环节，应加强对焊缝的研究分析，为冲压分析做好准备。
　　利用DYNAFORM冲压分析软件在不同的拼焊缝设计条件下对S梁U型件进行数值仿真冲压成型模拟，分别得到加载残余应力板料拼焊板模型下不同圆角大小、摩擦系数拉延筋分布，压边力大小，焊缝设定位置等冲压参数对成型过程后的焊缝两侧应力应变影响。通过对比分析，找出焊接残余应力与冲压变形应力在焊缝处的危险点和危险区域，找出焊缝移动与应力应变之间的内在逻辑关系，以此作为焊缝优化设计的依据之一。利用材料边界流动数值来判断焊缝移动量，调解各类冲压控制参数对其进行优化。
　　由于当前人工智能和数据挖掘技术不断深入发展，智能冲压设备的研究越来越受到重视和成为热点。利用人工神经网络中的支持向量机算法对模拟所收集到数据进行训练和建模，选取出对焊缝移动的典型因素进行建模分析和全局优化，建立模型可以对一定工艺参数下的拼焊板焊缝移动进行快速预测，可以将以上研究分析方法用于实际拼焊设计上，节省了工作计算时间，提高了仿真分析准确性，为拼焊板的焊缝移动控制提供新的思路和分析方法。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 拼焊板焊接数值模拟及残余应力研究

1.4 拼焊板冲压数值模拟及成形规律研究

1.5 拼焊板成形极限及焊缝移动预测方法研究

1.6 研究内容，目的与意义

2 拼焊板冲压成形残余应力耦合有限元理论

2.1 有限元法在拼焊板冲压成形中的应用

2.2 有限元法建模的简化假设条件

2.3 模拟所涉及的应力应变计算准则

2.4 残余应力对屈服极限的影响理论

2.5 拼焊板冲压成形极限判定及分析理论

2.6 残余应力作用下材料冲压成形极限判别

2.7 本章小结

3 焊接过程模拟及残余应力场模拟

3.1 初始参数设置原理及数学模型

3.2 焊接热源选择依据与参数设定

3.3 焊接工艺过程控制

3.4 焊接应力应变模拟结果

3.5 焊接残余应力计算结果分析

3.6 焊缝塑性变形条件下实验设计及失效分析

3.7 本章小结

4 S梁拼焊板冲压成形及焊缝移动有限元分析

4.1 引言

4.2 S梁拼焊板拉深成形有限元模型

4.3 S形梁拼焊板冲压参数对焊缝移动及应力影响及分析

4.4 本章小结

5 参数优化预测模型建立及分析

5.1 引言

5.2 正交试验设计概述

5.3 S形梁拼焊板焊缝正交试验设计

5.4 神经网络建模及预测分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究总结

6.2后续研究工作展望

致谢

参考文献

附 录