高强度钢热变形塑性本构关系研究及典型热冲压件模拟

摘要

近年来，世界汽车工业得到了长足发展，但如此同时也带来了一系列的社会问题，如全球环境日益恶化和交通事故频频发生。为解决这些难题，许多工程领域的科研人员进行了坚持不懈地努力，其中汽车轻量化和碰撞安全性研究便是一个解决这类问题的有效途径。在这种背景下，高强度钢的热冲压成形技术便应运而生，该技术在实现车身零部件轻量化的同时，可显著提高其抗拉强度，最高可达1500Mpa。
　　为了探究高强度钢在热冲压成形中的热塑性变形规律、对其热冲压成形过程进行有限元仿真研究和制定实际热成形工艺方案。本文通过单向热拉伸实验，研究了高强钢22MnB5高温下的基本力学性能;分析了变形温度和应变速率对材料热变形过程中最大流变应力的影响规律;建立了高强钢不同变形阶段的热变形塑性本构关系;分析了关键工艺参数对高强钢盒形件热冲压有限元模拟结果的影响。本文所做的具体工作如下:
　　1)概述了金属板料的热塑性变形相关理论、金属板料热塑性变形中传热学相关基础理论、热塑性变形中的屈服准则和热冲压成形中热力耦合有限元模拟技术，为研究高强度钢热冲压成形工艺过程提供理论指导。
　　2)进行了高强钢22MnB5单向热拉伸实验，实验温度500℃，650℃，700℃，800℃，应变速率0.01s-1，0.1s-1，1.0s-1，研究了形变温度和应变速率对其流变性能的影响规律;根据真实应力-应变曲线呈现明显的加工硬化和动态回复现象，基于井上胜郎模型和Norton-Hoff模型提出修改后的模型，建立了高强度钢不同变形阶段的热变形塑性本构关系;运用所建本构关系计算了各变形条件下，高强钢的真实应力，并与实验值进行了对比，结果表明:真实流变应力最大相对误差为4.26％，最大均方差为8.244Mpa。证明所建高强钢热变形塑性本构关系具有很高的预测精度。
　　3)进行了高强钢盒形件热冲压成形过程的有限元模拟研究;研究了不同冲压速度、压边力、模具初始温度和板料初始成形温度，对盒形件热冲压结束后Mises应力、温度分布、凸模反力和厚向应变的影响规律;根据关键工艺参数的分析结果，进行了冲压和保压淬火全过程的模拟研究，分析了淬火后盒形件Mises应力和温度场的变化规律。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 热冲压成形技术关键内容概述

1．2．1 热冲压成形技术起源及原理

1．2．2 热冲压成形工艺分类

1．2．3 热冲压成形工艺装备

1．3 热冲压领域相关技术研究现状

1．3．1 热冲压用高爱度钢板国内外研究现状

1．3．2 热冲压技术国内外研究现状

1．4 本文主要研究内容及流程

1．4．1 本文主要研究内容

1．4．2 本文研究流程

第二章 热塑性变形相关理论及热力耦合有限元模拟技术

2．1 引言

2．2 金属板料热塑性变形

2．2．1 金属板料热塑性变形机理

2．2．2 变形抗力及其影响因素

2．2．3 热变形动态回复与动态再结晶

2．3 热塑性变形传热学理论

2．3．1 热塑性变形中的传热方式

2．3．2 热塑性变形传热问囊基本理论

2．4 热塑性变形屈服准则

2．4．1 米塞斯(Von．Mises)屈服准则

2．4．2 米塞斯(Von．Mises)屈服准则下的塑性本构关系

2．5 热力耦合有限元模拟技术

2．5．1 金属板料热冲压成形中的传热

2．5．2 热冲压成形的热力耦合有限元模拟

2．6 本章小结

第三章 高强度钢热拉伸试验及热变形塑性本构关系研究

3．1 引言

3．2 高强度钢热冲压成形工艺

3．3 高强度钢单向热拉伸试验

3．3．1 试验材料

3．3．2 试样尺寸

3．3．3 试验设备

3．3．4 试验路线

3．4 高强度钢单向热拉伸试验结果分析

3．4．1 真实应力-应变曲线分析

3．4．2 温度对高强钢量大流变应力影响

3．4．3 应变速率对高强钢最大流变应力影响

3．5 高强度钢热变形塑性本构关系

3．5．1 高温塑性本构关系基本理论

3．5．2 高强钢热变形塑性本构关系建立

3．5．3 模型中各参数的求解

3．6 高强钢热变形塑性本构关系验证

3．7 本章小结

第四章 高强度钢盒形件热冲压关键工艺参数数值模拟研究

4．1 引言

4．2 热冲压有限元模型建立

4．2．1 建立几何模型

4．2．2 划分模型网格

4．2．3 定义材料性能参数

4．2．4 定义分析步及类型

4．2．5 定义接触对和接触属性

4．2．6 定义载荷与约束

4．3 不同冲压速度对盒形件热成形影响

4．4 不同压边力对盒形件热成形影响

4．5 不同模具初始温度对盒形件热成形影响

4．6 不同板料初始成形温度对盒形件热成形影响

4．7 热成形及淬火过程模拟结果分析

4．8 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间承担科研情况及主要成果