高強鋼沖壓模具的疲勞壽命分析與結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化.pdf

1、隨著汽車的大量普及，由汽車工業(yè)及相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)所帶來的社會問題成為人們關(guān)注的焦點。為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標，汽車企業(yè)紛紛推出節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略，大力研發(fā)低油耗、低排放的產(chǎn)品。高強度鋼以其較高的機械強度、良好的成形性能和成熟的制造加工工藝，在車身輕量化以及提高車身強度方面實現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用，成為目前實現(xiàn)汽車節(jié)能減排的主要方法，但同時也給模具的材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。
　　相比于傳統(tǒng)低強度鋼板，高強鋼在沖壓過程中需要更高的成形力，沖壓模

2、具長期處于循環(huán)加載的大載荷和高沖擊力環(huán)境下，很容易發(fā)生磨損、破裂等疲勞破壞失效。為避免疲勞現(xiàn)象的產(chǎn)生，很多模具企業(yè)通過進一步加大安全系數(shù)來提高模具的疲勞壽命，可結(jié)果往往是增加了生產(chǎn)成本，卻沒能改善模具的性能。因此，研究高強鋼沖壓模具的疲勞壽命和結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要的意義。
　　本文以高強鋼沖壓模具中受力最為惡劣的凸模作為研究對象，通過結(jié)構(gòu)受力分析、疲勞壽命估算和結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化三方面對凸模的疲勞性能和拓撲結(jié)構(gòu)進行了研究。由結(jié)構(gòu)受力有限元分

3、析結(jié)果可知，在沖壓過程中的不同時刻，凸模的等效應(yīng)力分布并不均勻，大部分集中在圓角和起伏相對明顯的凹凸特征處，這些部位也是容易發(fā)生疲勞破壞的危險位置。選擇應(yīng)力最大位置作為疲勞分析對象，通過疲勞壽命估算發(fā)現(xiàn)凸模的理論壽命遠大于設(shè)計使用壽命，所以凸模的結(jié)構(gòu)存在優(yōu)化空間。再利用拓撲優(yōu)化技術(shù)對凸模結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，獲得了更為合理的凸模拓撲結(jié)構(gòu)。
　　通過一系列的分析優(yōu)化，重新設(shè)計的凸模質(zhì)量降幅超過20％，對其進行結(jié)構(gòu)受力分析和疲勞壽命估算