超高强度钢冷弯特性和回弹的实验研究与数值仿真

摘要

随着汽车对强度和轻量化的要求不断提高，高强度钢逐渐成为现代汽车制造过程中的首选材料。然而，以马氏体钢为代表的1000MPa级别超高强度钢材料延伸率低、屈服极限高，这些特性决定了其成形零件不会有复杂形状和大变形量，弯曲变形是其典型的成形方式，但弯曲破裂也常有发生。目前，针对1000MPa强度级别的超高强度钢成形工艺研究并不多见，材料局部成形特别是极限弯曲成形的实验数据积累较少。另一方面，由于材料的流动应力水平较高，零件卸载后的回弹量更大，尤其是超高强度DP钢在反向加载时候出现的包申格效应，使回弹预测难度加大。提高回弹预测准确度本质上是要提高对材料力学响应的描述精度，针对具有强包申格效应的材料，学界已经提出了各种理论模型，但大多以提高数学模型复杂程度为代价换取精度，这使材料参数的确定过程变得复杂。
　　针对以上不足，本文在与宝钢横向校企合作项目和国家自然科学基金（51075269）的支持下，完成了对1000MPa级别超高强度钢弯曲性能的实验研究和考虑包申格效应的回弹预测，主要研究内容如下：
　　对总共7种不同牌号的超高强度马氏体钢（MS）、双相钢（DP）和QP钢进行了三点弯曲实验，设计了在线观察试样外表面微裂纹的装置以捕捉破裂临界时刻，获得了特定弯曲角度下（90°、120°、150°）各个材料的最小弯曲半径实验值，以及特定弯曲半径下（R/T=1、1.5、2）各个材料的最大弯曲角度实验值，并总结了这两种弯曲性能表征方式与材料厚度、强度、延伸率、各向异性系数等参数的关系。
　　对三点弯实验中的回弹，用Dynaform进行了模拟，与实验结果一起比较了软件的模拟精度。由于三点折弯过程没有循环加载，故模拟中硬化准则处理为各向同性，比较了Barlat’89与Hill’48屈服准则对回弹的影响。
　　针对成形中普遍存在的材料流过拉深筋后回弹难以控制的现象，设计了变拉深筋的U弯试验，改变拉深筋的高度和形状对板料进行不同程度的弯曲反弯曲，用激光扫描回弹后的试样截面形状。采用两种非线性的硬化模型——Yoshida-Uemori模型和NSK Swift模型——对U弯过程进行了模拟，回弹结果表明Yoshida-Uemori模型和NSK Swift模型的预测能力相当，都能较好得与实验结果吻合，而NSK理论中提出的控制函数能准确反映材料性能，因此可以仅采用单拉数据就能完成参数确定。

目录

封面

声明

上海交通大学硕士学位论文答辩决议书

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2超高强度钢概述

1.3超高强度钢破裂预测研究现状

1.4超高强度钢回弹预测研究现状

1.5课题的来源

1.6本文研究内容

1.7本章小结

第二章 回弹预测中的材料模型

2.1常用各向异性屈服准则

2.2流动应力模型

2.3硬化模型

2.4回弹模拟中用到的材料模型

2.5本章小结

第三章 超高强度钢冷弯成形性能的实验研究

3.1实验目的

3.2实验原理

3.3模具设计

3.4实验材料

3.5实验过程

3.6实验结果

3.7模拟结果

3.8本章小结

第四章 高强度钢包申格效应的回弹模拟与实验验证

4.1 U弯模具设计

4.2回弹截面的测量

4.3材料参数的确定

4.4循环加载本构模型的验算

4.5回弹模拟

4.6实验结果

4.7本章小结

第五章 结论与展望

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的论文