热冲成形过程中温度场和应力场的有限元模拟

摘要

随着人类环保意识的增加，汽车用钢的节能减排成为迫在眉睫的议题，热冲压可以提高高强度钢的可加工性，减轻车体重量，能很好的解决上述问题。在热冲压件模具设计过程中，由于技术能力、开发周期和开发成本等诸多因素的限制，技术人员不可能仅依靠大量的传统试错分析对薄壁零件模具的成形方案进行改进，同时热冲压过程是一个温度场、组织场和应力场相互耦合的高度非线性过程。在整个过程中，因为零件内部温度分布不均匀，组织转变过程的不均匀而形成热应力和相变应力，这些应力的存在将直接影响零件的组织性能和使用寿命。因此有限元数值模拟技术逐渐成为提高开发水平不可缺少的重要工具。现有的冲压成形研究主要以验证是否能避免出现明显的产品缺陷为主，对于如何在设计阶段合理确定模具各个参数等问题缺乏全面、系统的研究。因此研究热冲成形技术，寻求适用于成形过程的最优化参数组合，具有重要的工程意义和研究价值。通过计算机模拟可将热处理过程的物理现象和零件的几何造型有机地结合起来，实现动态的、逼真的模拟。本文以高强塑积钢为对象，研究其在热冲成形中温度场和应力场的演变，主要研究内容如下：
　　(1)通过测量冲压件内部中心的温度曲线，结合有限元软件对于相应条件下所获得的温度时间曲线，采用换热系数试算法，计算一定冲压工艺条件下试验钢种冲压件与冲头之间的换热系数的关系，研究冲头压力对换热系数的影响，为有限元的模拟做准备，减少模拟结果与实际结果的偏差。
　　(2)利用MARC软件，建立了耦合模拟热冲压过程中冲压件温度场和应力场的有限元模型，通过模拟计算得到不同冲压速度、板料初始温度、换热系数等工艺参数条件下温度场、应力场的云图分布。分析温度场的分布规律，比较冲压件角部和棱边的温降速度的大小;分析应力场的分布规律，比较各个区域所受应力值的大小，以及热冲压应力场与冷冲压应力场的异同。
　　(3)通过正交的分析方法对模拟结果进行分析，分析和比较冲压速度、板料初始温度、换热系数等工艺参数对冲压件温度场和应力场分布的影响，进而对工艺参数进行有效的调控。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 热冲成形技术

1．2．1 热冲成形技术的产生

1．2．2 热冲成形工艺流程

1．2．3 热冲压成形工艺分类

1．2．4 热冲成形工艺的优点

1．2．5 热冲成形在汽车领域的应用

1．3 热冲压工艺及数值模拟的研究发展

1．3．1 热冲压工艺发展史

1．3．2 热冲压模拟的发展过程

1．4 本文的研究意义及主要研究内容

第2章 有限元法的基本思想与发展过程

2．1 有限元法

2．1．1 有限元法基本思想

2．1．2 有限元法发展过程

2．1．3 有限元分析的步骤

2．1．4 有限元法在应用方面的特点

2．1．5 有限元法的应用

2．2 MARC软件介绍

2．2．1 MARC软件的组成和运行环境

2．2．2 MARC的结构分析功能以及特点

2．2．3 接触分析功能及应用探讨

2．3 ANSYS模拟简介

2．3．1 前处理

2．3．2 加载及求解

2．3．3 后处理

第3章 钢板热冲成形过程换热系数研究

3．1 接触换热系数的概念

3．2 接触热阻的概念

3．3 实验目的

3．4 实验材料及方法

3．4．1 实验设备

3．4．2 实验材料

3．4．3 实验方法

3．5 实验结果及讨论

3．6 本章小结

第4章 钢板热冲成形过程模拟

4．1 热冲成形过程MARC模拟建模

4．1．1 热冲成形过程的模拟条件

4．1．2 模拟假设

4．1．3 材料属性

4．1．4 有限元模型的建立

4．2 MARC模拟热冲成形过程

4．2．1 边界条件的确定

4．2．2 模拟方案

4．3 MARC模拟热冲成形模拟结果及分析

4．3．1 温度场模拟结果及分析

4．3．2 应力模拟结果及分析

4．3．3 各参数对模拟结果影响正交分析

4．4 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢