減振鋼板沖壓成形缺陷及工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、汽車在行駛過(guò)程中來(lái)自路面的顛簸，以及發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部部件的高速旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生大量的振動(dòng)。基于節(jié)能減排的考慮，車體上大量使用強(qiáng)度高但厚度薄的鋼板，以減輕汽車重量。這類高強(qiáng)鋼通常比較容易產(chǎn)生車內(nèi)噪聲。目前，汽車制造廠商通過(guò)大量增設(shè)隔音或者吸音層、涂覆吸音材料等措施來(lái)緩解車體內(nèi)噪音。雖然有些措施的減振降噪能力比較強(qiáng)，但價(jià)格昂貴。樹脂復(fù)合減振鋼板是一種典型的復(fù)合型鋼板，是由金屬/高分子阻尼材料/金屬?gòu)?fù)合而成的,可以有效地將金屬材料和高分子材料的特

2、性結(jié)合起來(lái)，使其既保持了金屬材料的加工成形性能，又具有高分子材料的阻尼特性，是減振降噪的理想環(huán)保產(chǎn)品。對(duì)汽車車身而言，可同時(shí)滿足零件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、減振降噪、車體輕量化的要求。因此，該種鋼板成為了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。減振鋼板雖然具有良好的減振性能，但在沖壓成形加工過(guò)程中容易出現(xiàn)不同于普通鋼板的缺陷。本文針對(duì)目前存在的理論和工藝，深入開展了沖壓成形缺陷的機(jī)理研究和工藝優(yōu)化分析，取得的主要研究成果如下：
　　提出了改進(jìn)的非線性粘彈性模型，

3、描述樹脂層材料在成形過(guò)程中的變形行為。該模型物理意義明確，涉及到的參數(shù)只需要簡(jiǎn)單的搭接板剪切和T剝離中的單向拉伸和應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)就可以確定。同時(shí)，對(duì)商業(yè)化軟件ABAQUS進(jìn)行了二次開發(fā)，將本文所提出的改進(jìn)的模型集成到了該軟件中。
　　比較了二維Cohesive單元和接觸界面模型的優(yōu)缺點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)cohesive單元在數(shù)值計(jì)算過(guò)程中更容易收斂。在減振鋼板復(fù)雜成形件的數(shù)值模擬中，針對(duì)三維建模的問(wèn)題，利用固體殼單元離散表層鋼板，模擬顯示可節(jié)省

4、大量的計(jì)算時(shí)間。
　　提出采用滿意度函數(shù)法對(duì)減振鋼板拉深成形工藝進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，且利用響應(yīng)面法構(gòu)造設(shè)計(jì)參數(shù)與目標(biāo)函數(shù)之間的關(guān)系。數(shù)值計(jì)算顯示具有較高的求解效率且建模簡(jiǎn)單。在可靠性分析中，分別采用一次二階矩法和蒙特卡羅模擬方法對(duì)隨機(jī)模型進(jìn)行求解。
　　研究了考慮樹脂層非線性粘彈性特性的減振鋼板回彈特性。V型彎曲和U型彎曲實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)：V形件彎曲時(shí)的成形速度、放置時(shí)間、表層鋼板初始屈服應(yīng)力和樹脂層厚度對(duì)回彈影響顯著

5、；U形件彎曲時(shí)的壓邊力、成形速度、樹脂層厚度和表層鋼板初始屈服應(yīng)力對(duì)回彈的影響顯著。
　　研究了考慮樹脂層非線性粘彈性特性的減振鋼板脫層缺陷。U形件彎曲研究表明：增加成形速度可以部分抑制脫層發(fā)生的趨勢(shì)，而增加壓邊力可以有效地消除脫層的發(fā)生。階梯型底的方盒拉深研究表明：表層鋼板的起皺易引起脫層。增加壓邊力和摩擦可以有效地阻止起皺的發(fā)生，也阻止了由起皺引發(fā)的脫層。然而，當(dāng)起皺被抑制后，進(jìn)一步增加壓邊力和摩擦系數(shù)將增加脫層發(fā)生的概率。<

6、br>　　研究了減振鋼板拉深成形工藝的可靠性和多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。基于滿意度函數(shù)法對(duì)階梯形底方形盒拉深成形工藝進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，基于確定性多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果，采用可靠性分析考察了成形工藝參數(shù)的波動(dòng)性對(duì)成形質(zhì)量的影響，以進(jìn)行工藝的可靠性評(píng)估。先將壓邊力和摩擦系數(shù)設(shè)置成隨機(jī)變量，通過(guò)一次二階矩法來(lái)進(jìn)行可靠性分析；進(jìn)一步將三個(gè)噪聲因素考慮進(jìn)去。將板料厚度、法向和切向脫層判據(jù)設(shè)置為隨機(jī)變量，采用蒙特卡羅模擬方法求解。研究結(jié)果表明：可靠性分析以