汽車覆蓋件沖壓成形中的拉延筋模型及其參數(shù)反演研究.pdf

1、汽車車身覆蓋件成形中，若工藝參數(shù)和模具幾何參數(shù)設置不當則易引起起皺、破裂等成形缺陷。為保證成形質(zhì)量，通常在拉延模壓料面合理設置拉延筋調(diào)整拉延阻力大小和分布，以改善板料流動的不均勻性，提高覆蓋件成形質(zhì)量。近幾十年來很多學者在拉延筋相關方面開展了較為廣泛的研究，并已取得諸多成果，但拉延筋相關研究仍存在較多問題。本文在前人研究的基礎上對拉延筋分析模型、數(shù)值模擬中的等效拉延筋仿真模型、拉延筋幾何參數(shù)優(yōu)化反演以及真實拉延筋仿真模型等方面進行了深入

2、的研究。并將研究成果應用到自主開發(fā)的板料沖壓成形軟件CADEMⅡ中，開發(fā)了拉延筋相關功能模塊，提高了CAE軟件的工程實用性。 研究具體內(nèi)容如下： (1)建立了一種考慮混合硬化的拉延筋分析模型。目前的拉延筋阻力模型大多忽略板料彎曲時中性層的偏移，并假設板料在復雜的循環(huán)加載條件下仍然保持等向強化，不考慮包辛格效應的影響。本文將板料經(jīng)過拉延筋的復雜塑性變形過程簡化為一根平面應變板條在拉伸力作用下的反復彎曲與校直過程，根據(jù)Lov

3、eKirchhoff假設及平面應變假設，建立了一種拉延筋數(shù)值分析模型。該模型不僅考慮了板材厚度變化、材料各向異性，而且通過應變記憶因子考慮板料的混合強化，構建一種簡易循環(huán)加載本構關系，并能夠比較準確地描述了板料的加工硬化特性和包辛格效應。通過與試驗結果和仿真結果進行對比，驗證模型的合理性和有效性。 (2)建立了一種基于快速接觸搜尋的等效拉延筋仿真模型。將點到塊的接觸算法應用于等效拉延筋的接觸搜尋，快速建立與更新等效拉延筋節(jié)點與板

4、料單元的接觸對關系，減少仿真過程接觸搜尋時間。 (3)提出一種基于近似模型的拉延筋幾何參數(shù)優(yōu)化反演方法。針對覆蓋件的起皺、拉裂等成形缺陷，建立了相應的目標評價函數(shù)。采用均勻拉丁方試驗設計方法提取適當?shù)脑O計參數(shù)樣本構造響應面近似模型，并不斷通過移動和縮放設計興趣域優(yōu)化響應面模型優(yōu)化反演拉延筋參數(shù)。該方法能有效克服常規(guī)響應面法在整個設計空間進行逼近導致精度低的缺陷；大量減少調(diào)用有限元正問題模擬調(diào)用次數(shù)，提高計算效率，而且能夠克服板料

5、成形數(shù)值模擬中因單元計算或接觸計算產(chǎn)生問題而使整個優(yōu)化過程無法進行的瓶頸問題。此外，將多目標粒子群優(yōu)化方法應用到了板料成形優(yōu)化研究，拓展了多目標粒子群優(yōu)化方法的應用領域。為其它復雜系統(tǒng)的優(yōu)化研究起到重要的借薦作用。數(shù)值算例表明該方法可在設計域內(nèi)快速尋優(yōu)，有助于加快模具設計進程，減少生產(chǎn)成本。 (4)建立了一種基于自適應和子循環(huán)的真實拉延筋仿真模型。目前主要的等效拉延筋模型，對交截面過渡拉延筋、拉延端部效應、斜拉延筋以及材料特性的

6、局部變化未給予考慮，因而需要通過真實拉延筋模型進行有限元仿真分析獲取板料經(jīng)過拉延筋后更為準確的應力應變信息。然而由于流經(jīng)拉延筋的板料單元尺寸限制，導致臨界時間步長過小，極大地降低了真實拉延筋模擬的計算效率。針對該問題，本文建立了一種基于自適應和子循環(huán)方法的真實拉延筋模型。自適應方法針對拉延筋的幾何尺寸問題，對流經(jīng)拉延筋的板料單元進行自適應網(wǎng)格劃分限制計算單元總數(shù)，并將整個板料單元網(wǎng)格按時間步長劃分區(qū)域；采用子循環(huán)算法對不同區(qū)域單元采用各