体-壳混合单元对翻边回弹的预测及工艺参数对回弹影响研究

摘要

汽车轻量化的研究是现代汽车设计制造的一大主流，使用高强度钢板和轻质铝合金板是实现汽车轻量化的有效途径，但这两种材料的共同缺点是冷成形后的回弹量较大，而目前对于小圆角大曲率弯曲成形回弹预测的精度和效率仍存在问题，严重影响了实际生产中的回弹控制和补偿，所以需要加深对复杂冲压成形环境下回弹过程的理解并进行准确和高效的分析计算。
　　本文首先研究了板料直翻边过程中弯曲变形区的应力和应变状态，然后选取典型的板料直翻边实验作为对比，按照实验流程对板料直翻边成形过程进行有限元数值仿真，其中板料分别采用壳单元、实体单元和体-壳混合单元进行建模，将数值仿真结果与实验结果相比较，得出多点约束方程（MPC)参数。在此基础上，通过正交试验设计方法，研究了模具参数与材料类型对板料小圆角直翻边成形回弹影响的显著性。最后，对压缩翻边过程进行数值仿真和回弹预测，并对翻边模具进行改进以降低回弹量。
　　研究结果表明：
　　(1)体-壳混合单元对小圆角直翻边回弹的数值模拟结果与实验结果比较接近，相对于实体单元计算效率更高，更适合用于模拟小圆角大变形板料成形过程。
　　(2)在小圆角直翻边成形过程中，材料类型、凹模圆角半径和模间隙对回弹的影响比较显著，压边力和摩擦因数次之，而凸模的加载速度和凸模圆角半径对回弹的影响最小，可以忽略不计。
　　(3)不同于一般的小曲率弯曲变形过程，在小圆角直翻边过程中，随着凹模圆角半径增加，回弹量增加比较显著。
　　(4)体-壳混合单元同样适用翻边线为曲线的压缩翻边过程的数值模拟与回弹预测。

目录

声明

1 绪论

1.1 现代汽车用轻量化板料成形技术概述

1.2 覆盖件冲压成形中数值模拟技术的发展

1.3 回弹问题研究现状

1.4 体-壳单元连接方法概述

1.5 选题意义和研究目的

1.6 研究内容

2 回弹的力学机理和多点约束理论

2.1 弯曲变形过程的应力应变分析

2.2 弯曲回弹分析

2.3 回弹的控制与补偿

2.4 多点约束理论

2.5 本章小结

3 板料小圆角直翻边的数值模拟

3.1 直翻边过程的理论解析

3.2 板料直翻边实验

3.3 板料直翻边实验的数值模拟

3.4 本章小结

4 模具及板料参数对小圆角直翻边回弹的影响

4.1 基于实验和仿真的正交试验设计

4.2 模具参数和材料类型对直翻边回弹的影响规律

4.3 本章小结

5 板料压缩翻边的数值模拟及回弹控制

5.1 压缩翻边过程的数值模拟

5.2 压缩翻边的回弹控制

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢