考虑冲压历史的高强度钢汽车结构件冲击特性研究

摘要

汽车结构件一般具有较为复杂的几何特征，冲压过程中的变形规律比较复杂，分析起来十分困难。随着计算机技术的发展，采用有限元数值模拟技术辅助进行汽车结构件设计已成为可能，该方法通过对板料进行成形分析模拟，可全面了解板料在成形过程中应力应变分布规律，预测成形时可能产生的成形缺陷，为模具工艺分析和设计提供指导。 另一方面，金属板料在冲压成形后将产生硬化强化和厚度不均匀现象。传统的结构有限元分析时，往往忽略板料成形历史的影响，使得模拟结果与真实情况存在较大偏差。为了验证冲压变形历史（厚度变得不均匀、产生不同程度的硬化）对汽车结构件冲击模拟精度的影响，本文目前先以单个零件进行模拟，将考虑冲压变形历史的碰撞分析结果和不考虑冲压变形历史的分析结果进行比较。 本课题由国家863项目（编号：2007AA04Z130）及宝钢集团科研项目资助。本文系统地阐述和讨论了汽车结构件冲压成形有限元理论，包括动力显式有限元算法、单元类型、屈服准则、硬化模式、应变率效应、接触及摩擦的处理等，对板料冲压成形、回弹及冲击模拟采用的求解器LS-DYNA进行了系统的讲解，并分析了影响数值模拟计算精度的因素。研究了考虑冲压历史的结构件CAE分析关键技术，提出了考虑冲压历史的结构件CAE分析方法。在此基础上，采用DP780高强钢材料的S型盒形件作为分析对象，研究其成形特性，分析润滑条件及压边力对结构件成形的影响；将成形及回弹模拟的结果作为冲压历史信息，研究冲压历史对结构件冲击特性的影响，并分析应变率效应、不同初速度状态下的结构件冲击特性规律。 CAE分析发现，冲压历史对结构件冲击性能模拟结果有比较大的影响；在高速情况下，应变率效应对结果的影响不应忽略。应在进行结构件冲击性能模拟时考虑板料冲压历史。