变截面薄板弯曲成形回弹的实验研究和数值模拟

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1、上海交通大学博士学位论文变截面薄板弯曲成形回弹的实验研究和数值模拟姓名：包向军申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：李从心;ReinerKopp20030601上海交通大学博士学位论文摘要新世纪的汽车工业仍然面临着许多挑战其中之一便是在日益严峻的燃油短缺越来越严格的排放标准以及残酷的市场竞争的压力下如何提高汽车的燃油经济性汽车轻量化设计作为一条切实可行的途径正在被付诸更多的努力作为最重要的轻量化设计策略之一应用新的材料加工技术例如在某些车身结构部件中使用任意焊接板代替常规的等厚度板正引发着汽

2、车轻量化和提高汽车性能的新的革命变截面薄板TRB的出现使TaioredBlanks的概念不再局限于任意焊接板变截面薄板在柔性轧制Flexiblerolling过程中通过轧辊间距控制调整获得沿板料连续变化的截面形状变截面薄板提供给了轻量化设计更加灵活的解决方案为了扩大变截面薄板在轻量化设计的应用范围十分有必要对其在后续成形加工过程中的变形特性进行研究并积累起相关的经验以支持实际的生产制造在此背景下本文在大量试验和数值模拟的基础上对TRB在弯曲成形中的回弹特性进行了研究由于变截面薄板几何形状的特殊性本文

3、用厚度在TRB厚度变化范围之内的等厚度板的材料性能的研究来代替对TRB的材料性能研究总结出了TRB上各个部位随厚度变化的非均一的材料特性为了更精确地测定重要的材料参数如应力应变曲线各向异性参数以及杨氏模量等本文在材料试验研究过程中采用了如三维图象相关分析方法和共振频率方法等一些非常规的试验方法在TRB的弯曲试验过程中本文在利用先进测试方法精确测量回弹变形量的基础上对变截面薄板在弯曲成形过程中的回弹进行了较为全面的实验研究总结了有关变截面薄板弯曲成形中回弹的一些普遍规律为了获取变截面薄板回弹数值模拟的

4、最优模拟参数本文在三种不同的相对弯曲半径下使用不同有限元单元类型材料模型以及重要输入参数对常规等厚度薄板在卷圆弯曲过程中的回弹进行了大量的模拟以提高回弹模拟的精度和评价影响回弹的因素本文研究工作最重要的任务之一是解决变截面薄板在有限元模拟建模过程中对非均一材料特性描述的困难为此本文提出了一种简单易行的TRB有限元建模处理的新方法并在结合成熟有限元软件的基础上通过一个自编的程序将其实现该方法用基本的对应不同厚度板料的应力应变曲线为整个厚度变化区构造出一个应力应变场并将厚度变化区离散剖分为有限个单元集合

5、每一个单元集合中的应力应变关系和其他材料参数可根据此单元集合所在位置的预应变IAbstract值通过差值方法得到为了验证此方法本文应用其进行了变截面薄板试样单向拉伸的有限元模拟模拟计算出和实验实测的力和行程曲线得到很好的吻合从而说明用此方法对变截面薄板有限元建模的可靠性该建模处理方法的提出对于推动数值模拟技术在变截面薄板成形分析中的实际应用具有积极的现实意义应用本文提出的TRB有限元建模处理方法建立了TRB在卷圆弯曲过程中的有限元模型并分不同弯曲试样不同大小的弯曲半径不同长度的厚度过渡区以及不同的弯

6、曲方向对TRB回弹进行了全面的数值模拟研究经和实验相比较回弹模拟精度令人满意本文还以一个工业上实际应用的大型V形TRB弯曲件为例应用数值模拟技术来进行了TRB回弹补偿计算和弯曲模具的辅助设计本文的最后指出了这一研究课题在未来的研究工作中最值得注意的一些方面关键词轻量化变截面薄板回弹实验研究数值模拟有限元建模II上海交通大学博士学位论文AbstractInthenewcentury,theautomobileindustrycontinuestofaceupwithmanychallenges.One

7、ofthechallengesistoimproveautomotivegasmileageundertheincreasedpressurefromoilshortage,stringentemissionstandardsandfiercemarketcompetition.Asadirectresult,muchmoreeffortsinlightweightingdesignhavetobeputintotheautomobileindustry.Asoneofthemostimportan

8、tlightweightingstrategies,applicationofnewmaterialprocessingtechnologiessuchasusingTailoredBlanksassubstituteforconstantthicknesssheetsinsomeautostructurepartshasbecomeanevolutiontoreducecarweightsandincreaseperformanceofthecomponents.T