热成形高强钢板及部件梯度力学性能研究

摘要

近年来，随着高强度钢热成形技术的不断发展，人们开始关注于在不同部位获得不同的力学性能分布，进而提高热成形零部件在车身碰撞过程中的综合服役性能。因此，一种具有梯度力学性能的热成形高强钢零部件得到了汽车制造业的关注与应用。基于高强度钢热成形技术，可以通过控制工艺流程参数来调整淬火过程中的冷却速率，改变热冲压成形后的零部件微观组织，从而获得拥有不同力学性能分布的热成形零部件，使得其在改善车体结构服役性能中起到关键作用。因此，本文重点围绕热成形高强钢板及部件梯度力学性能规律和服役性能优化开展相应研究。
　　首先，通过分区冷却平板模具热冲压基础工艺试验，对梯度力学性能热成形钢板冷却速率、强度、硬度规律之间的关系进行探讨。基于非线性回归方程分别建立了热冲压工艺因素中冷却速率与硬度、强度间的关系模型。研究结果表明:在不同的工艺参数下，冷却速率实现了热成形零件力学性能的梯度变化。在冷却速率影响下，淬火后微观组织从铁素体与珠光体，上、下贝氏体向马氏体组织逐渐过渡，且冷却速率的提升能够有效抑制回火马氏体的生成，从而控制热成形高强钢板及零部件的机械性能分布。建立的冷却速率-硬度-强度关系模型能够真实有效地反映三者之间的正相关关系。
　　其次，基于不同工艺参数下得到的热成形钢板梯度力学性能变化规律，对典型车身B柱设计不同形式的梯度力学性能“三段式”分布模型，并进行防撞性能分析优化。以碰撞过程中B柱吸能量和最大侵入量为评价指标，探讨了梯度力学性能排布规律对梯度力学性能热成形B柱侧碰防撞性能的影响。结果表明:不同梯度力学性能排布的B柱不同部位力学性能对B柱整体侧碰性能的影响显著不同。在中间强度高两端强度低的梯度力学性能排布下，B柱的综合防撞性能得到明显改善。
　　最后，基于B柱梯度力学性能的最优排布规律，利用拉丁超立方设计方法和响应面近似模型建立了典型车身B柱侧碰优化模型，通过遗传算法进行多目标优化分析，得到了基于梯度力学性能的B柱防撞性设计的Pareto解集并通过最小距离法得到最优解。优化结果表明:通过多目标优化分析获得的具有最佳梯度力学性能排布的B柱，吸能量明显增大，最大侵入量明显减小，改善了传统单一力学性能热成形零部件吸能量小的不足，进一步证明具有梯度力学性能的热成形零部件的综合防撞性能得到明显提高，可有效改善车体结构的防撞性能。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 梯度力学性能高强钢零部件研究介绍

1．3 热成形材料转变动力学

1．4 热成形高强钢板及部件梯度力学性能研究现状

1．4．1 热成形高强钢板梯度力学性能研究与微观组织预测

1．4．2 热成形高强钢零部件梯度力学性能结构优化

1．5 研究意义及内容

2 热成形高强钢板梯度力学性能工艺研究

2．1 前言

2．2 分区冷却平板试验

2．3 试验结果分析

2．3．1 冷却速率结果及分析

2．3．2 强度、硬度结果及分析

2．4 热成形高强钢梯度力学性能冷速-硬度-强度模型建立及验证

2．4．1 冷速-硬度-强度模型建立

2．4．2 冷速-硬度-强度模型验证

2．3．3 不同冷却速率下力学性能规律的微观机理分析

2．5 本章小结

3 梯度力学性能热成形零部件防撞性能分析

3．1 前言

3．2 动力显式有限元仿真基础介绍

3．3 梯度力学性能热成形B柱侧碰有限元仿真分析

3．3．1 碰撞模型建立

3．3．2 材料模型

3．3．3 有限元模型建立

3．3．4 评价指标

3．4 梯度力学性能热成形B柱强度分布划分

3．4．1 有限元碰撞结果正确性验证及讨论

3．4．2 梯度力学性能热成形B柱强度划分

3．5 梯度力学性能分布对B柱侧面碰撞性能影响分析

3．5．1 均匀力学性能分布下碰撞结果分析

3．5．2 梯度力学性能分布下B柱侧碰防撞性能分析

3．6 本章小结

4 梯度力学性能热成形零部件防撞性能优化

4．1 前言

4．2 试验设计及优化方法介绍

4．2．1 试验设计方法

4．2．2 近似建模方法

4．2．3 遗传算法

4．3 多目标优化问题定义及优化流程

4．3．1 优化问题定义

4．3．2 优化流程

4．4 梯度力学性能热成形B柱防撞性能优化

4．5 优化结果分析

4．6 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