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随着汽车工业的高速发展,能源紧缺和环境污染问题日益凸显,而汽车轻量化是提高燃油经济性、减少能耗最有效的手段。车身轻量化技术作为实现汽车轻量化的主要途径,已成为一项重要的研究课题。高强钢可以在实现车身轻量化的同时保证安全性,高强钢热冲压成形工艺已被逐步用于车身抗撞安全构件的设计和生产。该工艺能够减小成形载荷和板料回弹,同时提高材料的成形能力。硼钢具有优良的淬硬性,是热冲压成形车身安全构件的主要材料之一。车身良好的碰撞安全性可以通过零件的结构设计和材料性能分区设计来实现。分区冷却和分区加热热冲压成形工艺可以通过成形工艺参数选择来控制材料微观组织,实现单一零件的材料性能梯度分布,满足合适的性能设计在合适的部位,为性能设计提供了解决方案,具有广阔的研究前景和意义。本文以车身零件碰撞服役性能为引导,以材料性能梯度分布热冲压成形技术为手段,以试验数据为基础,进行了一系列硼钢热冲压材料模型和仿真分析研究;并且研究零件成形过程中材料损伤对其服役性能的影响,实现通过合理控制分区热冲压成形工艺来保证材料性能分区设计和碰撞服役性能。首先,本文研究了与分区冷却和分区加热热冲压成形工艺相关的变形基础、传热基础和相变基础,主要包括:热塑性变形机理、热塑性变形时的强化机理、软化机理和损伤机理,热冲压成形工艺的传热分析,金属固态相变的热力学及动力学基础,硼钢加热和冷却时产物的组织特征和形成机理等。其次,本文研究了硼钢分区冷却热冲压成形工艺的材料建模与数值仿真分析。利用试验数据分别建立了高温粘塑性损伤本构模型和奥氏体分解模型,通过LS-DYNA有限元软件调用损伤–相变材料模型进行了热冲压成形工艺模拟并基于试验结果验证了该模型的有效性,又基于损伤–相变材料模型建立了分区冷却热冲压成形工艺的数值仿真模型,研究了各工艺参数对材料成形性和相变后材料性能的影响。然后,本文研究了硼钢分区加热热冲压成形工艺的仿真过程。基于Li等获得的一系列试验数据,分别建立了奥氏体形成模型和高温变形本构模型,利用热成形淬冷试验结果建立了奥氏体分解模型,提出了整体式和分步式分区加热热冲压成形工艺仿真方案,并对比了两种方案的优劣。基于LS-DYNA软件用户自定义子程序接口,详细介绍了分步式仿真过程中子程序运行时的流程,并利用该工艺进行了某U形梁加工过程的模拟,得到了具有梯度组织分布的零件。接下来,本文研究了硼钢成形过程对零件服役性能的影响。建立了仅考虑室温下微观组织组成和应变率对材料变形行为影响的室温粘塑性损伤本构模型,进行了不考虑成形影响零件的弯曲仿真分析。进行了硼钢成形及服役过程试验,分别研究了冷、热成形过程对其服役性能的影响,并通过观察微观试验结果解释了影响产生的原因,建立了可同时考虑热成形历史、室温下微观组织组成和应变率对材料变形行为影响的室温服役本构模型,该模型能够对多种复杂服役条件下材料的行为进行数值预测,并进行了考虑成形影响零件的弯曲仿真分析。对比了忽略成形因素和考虑成形因素对零件弯曲特性影响的差异,研究了不同马氏体相区长度对具有多相组织零件的影响以及不同成形应变比率对零件失效形式和承载性能的影响。最后,本文提出了基于汽车侧碰性能的抗撞件材料性能分区设计方法,并以B柱为例展现基于汽车侧碰性能的抗撞件材料性能分区设计的应用过程。根据该方法先利用某整车有限元模型和移动变形壁障(MDB)有限元模型建立了侧碰仿真模型,分析仿真结果后,确定了碰撞侧B柱各测点处的侵入速度和侵入量,并将此作为初始抗撞要求;再根据成形过程中的损伤情况以及抗撞件设计经验预估碰撞安全余量,在保证该碰撞安全余量的前提下,依据分区加热热冲压成形原理,在整车侧碰仿真中对抗撞零件的厚度、材料分区进行优化,择取了一种抗撞零件厚度和材料分区的优化方案,制定、实施了相应的成形工艺方案;通过整车侧碰仿真验证了该成形工艺方案的可行性,并通过对比分析考虑与不考虑抗撞零件成形损伤时的侧碰仿真结果证明零件成形损伤对其服役性能的影响。