汽车覆盖件成形数值模拟及工艺参数优化

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1、第1章绪论对一般形状的冲压成形问题进行了分析，Onate和Zienkiewicz基于非牛顿流体的流动理论，用粘塑性有限元法分析了轴对称情形下的胀形和拉延过程。1980年，Oh．S。I．和Kabayashi用刚塑性有限元法对成形中的拉弯过程进行分析。1983年，Onate，Zienkiewicz用粘塑性有限元法分析了非轴对称情形下冲压成形问题。1984年，Wang用刚塑性有限元法对速率敏感材料的成形问题进行了分析。1985年，Tohrl8】和Kabayashi采用板壳单元，刚塑性有限元法分析了三维方盒形

2、件的深拉延过程。同年Makinouchi用弹塑性有限元法分析了弯曲和修边过程。1986年，Nakamachi基于Kirchihoff薄壳理论，用弹塑性有限元法分析了一般拉延件的成形问题。1986年，Kim和Yang建立了平面塑性各向异性的刚塑性有限元法列式。1988年，Nakamachi用弹塑性有限元法对方盒形拉延件进行分析，取得了和试验相一致的结果。1989年，Nonecker用显式分析方法模拟了油盒的成形过程。总的说来，从70年代初到80年代末，经过十几年的工作，人们从简单的轴对称胀形分析开始发展

3、到一般三维形状零件的拉延分析，单元也从薄膜单元发展到一般壳元和蜕化壳元，发展了材料模型，如刚．(粘)塑性，弹．(粘)塑性，结晶．塑性和速率敏感材料模型。接触摩擦模型从粗糙到逐步精确，有限元的显式积分算法开始得到应用。由于有限元模拟技术不断取得突破性进展，人们开始逐步地把它应用到汽车覆盖件的成形模拟中，70年代，N．MWang建议Ford公司的S．C．Tang针对覆盖件冲压成形的特点进行模拟分析，首先研究压边圈问题，Tang研究了轿车行李厢盖冲压过程的压边圈问题，在1981年完成了轿车行李厢盖的有限元仿

4、真分析，接着又完成了轿车翼子板的有限元分析【l91，推动了有限元方法在冲压成形中的应用。．美国通用公司的F．J．Arlinghaus采用弹塑性薄膜单元对CAMARO车的门窗成形进行了分析，福特公司的Tang采用局部三维有限元模型，对车门内覆盖件的成形进行了模拟，日本的Nakaachi基于弹塑性壳单元，对车门和车尾厢地板的成形进行了模拟，至此，车身覆盖件的有限元数值模拟在各个国家全面展开。从80年代末开始，板料成形的数值模拟开始进人一个蓬勃发展的时期。国际会议和刊物上有关板料成形的文章明显增多。除了传统

5、的塑性成形数值模拟国际会议NUMIFORM(NumeficalsimulatiOnofMetalFormingProcesses)外，从4第1章绪论1991年开始，国际上开始定期召开关于板料成形数值模拟的专门会议，即NUMISHEET(NumericalSimulationof3一DSheetMetalFormingProcesses)。会议发表的论文数目逐年上升，讨论的问题愈来愈广泛。同时在每年的NUMISHEET会议上都设计了若干标准考题，会议组织者提供用于试验的模具尺寸、板料坯件、润滑材料、工艺

6、参数、以及材料和摩擦参数。会议广泛征集试验和模拟结果，以检验数值分析软件在解决实际冲压成形问题上的能力。90年代中期以后，人们除了继续在有限元分析方法、单元设计、材料模型、摩擦机理与模型等领域研究外，很大一部分注意力转向了解决实际加工中存在的工艺和技术问题，如多工步成形、回弹模拟、起皱模拟、压边控制、复杂零件的成形、坯料形状设计、工艺设计和优化。1．2．3国内板料成形有限元模拟的发展状况我国在板料成形数值模拟方面起步较晚，始于20世纪80年代后期，而且主要集中在部分高校里。开始主要追踪国外早期的工作，

7、如对半球凸模胀形或平底圆形凸模拉延这样的轴对称等二维问题进行分析。经过多年发展，我国在板料成形数值模拟方面己经取得了很大进展，并已经开始对复杂汽车覆盖件成形过程的数值模拟技术进行积极探索。1987年，上海交通大学的曾宪章【20】对刚塑性有限元在成形中的应用作了比较深入的研究，同年，华中理工大学的肖景荣【2l】等人推广了Kirhhoff提出的刚塑性变形时外力边界和相对速度有关的广义变分原理，给出了刚塑性变分的新格式。1990年，北京航空航天大学的熊火轮【22J在ADINA．程序的基础上进行扩充，首先模拟

8、了宽板拉伸、液压胀形及汽车暖风罩的成形过程。随后，华中理工大学的董湘怀【23】采用薄膜三角形单元，开发了弹塑性有限元程序，对盒形零件和机油收集器的成形过程进行了分析。哈尔滨工业大学的张凯峰采用刚粘塑性本构关系，开发了粘塑性板壳成形有限元分析程序，并对方盒的超塑成形进行了分析；李顺平采用刚塑性本构关系，对方盒形件的拉延成形过程进行了数值模拟；郭刚、徐伟力采用退化的Mindiin壳单元开发了静力隐式弹塑性程序，对典型的冲压成形进行了数值模拟。上海铁道学院的李