热成形模具磨损的全局灵敏度分析及优化设计

摘要

在车身上采用高强钢热成形件是实现汽车轻量化及提高碰撞安全性的有效途径之一，然而随着板料强度的提高，导致高强钢冷冲压成形困难。热成形技术利用高温下板料塑性增强的特点，将冲压成形过程和热处理过程相结合，解决了高强钢成形困难的问题。与冷冲压模具相比热成形模具的工作条件更恶劣，所受载荷更大，模具的磨损情况更为严重，模具的使用寿命和冲压成形件的质量也会降低。目前，对于热成形模具磨损现象的研究较少，且多集中在实验研究方面，因此，开展对热成形模具磨损现象的数值模拟研究具有重要的实际意义。
　　本文建立了热成形模具的热力耦合模型，并基于Archard磨损计算理论，分析了模具的磨损分布规律及其与温度场、应力场的关系。同时分析了磨损量与冲压速度、板料温度、冷却水温、模具温度、摩擦系数、模具硬度等冲压工艺参数之间的关系。
　　以前立柱热成形模具为例，基于最优拉丁超立方试验设计方法和响应面建模方法建立了磨损量与冲压工艺参数之间的多项式响应面近似模型，在此基础上运用sobol全局灵敏度分析方法计算了冲压工艺参数关于磨损量的灵敏度系数。结果显示冲压速度、板料温度、模具温度的灵敏度系数较大，表明它们对磨损量的影响较大。
　　在灵敏度系数计算的基础上，建立灵敏度系数较大的参数与磨损量的响应面近似模型。以磨损量最小为优化目标，运用多目标遗传算法对冲压工艺参数进行优化设计，在给定的取值空间内搜索最佳的工艺参数组合，为实际生产中工艺参数的设计提供理论指导。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 国内外应用及研究现状

1.3 课题研究意义

1.4 课题主要研究内容

第2章 高强钢热成形分析及模具磨损相关理论

2.1 传热学基本理论

2.2 传热问题的三种边界条件

2.3 热力耦合分析方法

2.4 模具磨损相关理论

第3章 高强钢热成形模具磨损分析

3.1 有限元模型

3.2 模具磨损分析

3.3 热成形工艺参数对磨损的影响

3.4 本章小结

第4章 热成形模具磨损的工艺参数灵敏度分析

4.1 试验设计

4.2 响应面近似模型

4.3 响应面近似模型的误差分析

4.4 灵敏度分析方法

4.5 基于多项式响应面法和sobol法的灵敏度分析

4.6 本章小结

第5章 工艺参数优化设计

5.1 最优拉丁超立方试验设计

5.2 建立多项式响应面模型

5.3 基于遗传算法的工艺参数优化设计

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文