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(shè)置不當(dāng)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(shè)置拉延筋調(diào)整拉延阻力大小和分布，以改善板料流動(dòng)的不均勻性，提高覆蓋件成形質(zhì)量。近幾十年來很多學(xué)者在拉延筋相關(guān)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(guān)研究仍存在較多問題。本文在前人研究的基礎(chǔ)上對(duì)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(shí)拉延筋仿真模型等方面進(jìn)行了深入

2、的研究。并將研究成果應(yīng)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(guān)功能模塊，提高了CAE軟件的工程實(shí)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(shí)中性層的偏移，并假設(shè)板料在復(fù)雜的循環(huán)加載條件下仍然保持等向強(qiáng)化，不考慮包辛格效應(yīng)的影響。本文將板料經(jīng)過拉延筋的復(fù)雜塑性變形過程簡化為一根平面應(yīng)變板條在拉伸力作用下的反復(fù)彎曲與校直過程，根據(jù)Lov

3、eKirchhoff假設(shè)及平面應(yīng)變假設(shè)，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(yīng)變記憶因子考慮板料的混合強(qiáng)化，構(gòu)建一種簡易循環(huán)加載本構(gòu)關(guān)系，并能夠比較準(zhǔn)確地描述了板料的加工硬化特性和包辛格效應(yīng)。通過與試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)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(diǎn)到塊的接觸算法應(yīng)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(diǎn)與板

4、料單元的接觸對(duì)關(guān)系，減少仿真過程接觸搜尋時(shí)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(duì)覆蓋件的起皺、拉裂等成形缺陷，建立了相應(yīng)的目標(biāo)評(píng)價(jià)函數(shù)。采用均勻拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法提取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)參數(shù)樣本構(gòu)造響應(yīng)面近似模型，并不斷通過移動(dòng)和縮放設(shè)計(jì)興趣域優(yōu)化響應(yīng)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(yīng)面法在整個(gè)設(shè)計(jì)空間進(jìn)行逼近導(dǎo)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(jì)算效率，而且能夠克服板料

5、成形數(shù)值模擬中因單元計(jì)算或接觸計(jì)算產(chǎn)生問題而使整個(gè)優(yōu)化過程無法進(jìn)行的瓶頸問題。此外，將多目標(biāo)粒子群優(yōu)化方法應(yīng)用到了板料成形優(yōu)化研究，拓展了多目標(biāo)粒子群優(yōu)化方法的應(yīng)用領(lǐng)域。為其它復(fù)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(shè)計(jì)域內(nèi)快速尋優(yōu)，有助于加快模具設(shè)計(jì)進(jìn)程，減少生產(chǎn)成本。 (4)建立了一種基于自適應(yīng)和子循環(huán)的真實(shí)拉延筋仿真模型。目前主要的等效拉延筋模型，對(duì)交截面過渡拉延筋、拉延端部效應(yīng)、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(shí)拉延筋模型進(jìn)行有限元仿真分析獲取板料經(jīng)過拉延筋后更為準(zhǔn)確的應(yīng)力應(yīng)變信息。然而由于流經(jīng)拉延筋的板料單元尺寸限制，導(dǎo)致臨界時(shí)間步長過小，極大地降低了真實(shí)拉延筋模擬的計(jì)算效率。針對(duì)該問題，本文建立了一種基于自適應(yīng)和子循環(huán)方法的真實(shí)拉延筋模型。自適應(yīng)方法針對(duì)拉延筋的幾何尺寸問題，對(duì)流經(jīng)拉延筋的板料單元進(jìn)行自適應(yīng)網(wǎng)格劃分限制計(jì)算單元總數(shù)，并將整個(gè)板料單元網(wǎng)格按時(shí)間步長劃分區(qū)域；采用子循環(huán)算法對(duì)不同區(qū)域單元采用各