汽车前防撞横梁拉弯成型仿真分析与优化设计

• 作 者: 林天豪
• 出 处: 湘潭大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 拉弯成型 加权硬化模型 遗传效应 多目标优化 NSGA-Ⅱ Pareto最优解

铝合金材料因其密度小,且具有优异的力学性能和碰撞性能等特点,已经被广泛应用于汽车轻量化领域。汽车前防撞横梁作为汽车碰撞时的主要吸能结构,其成型方式为拉弯成型,成型尺寸精度和成型质量直接影响到防撞横梁的碰撞性能。与传统的钢制防撞横梁不同,铝合金防撞横梁容易出现起皱、拉裂和截面畸变等成型缺陷,从而影响铝合金防撞横梁的成型质量。本文以某汽车前防撞横梁为研究对象,在考虑横梁拉弯成型工艺性能的情况下,建立了铝合金防撞横梁结构—工艺参数多目标优化数学模型,通过多目标遗传算法获得最优的横梁结构参数和拉弯成型工艺参数。本文主要研究内容如下:1)通过对比7003铝合金材料在不同热处理状态下的力学性能发现:7003-T6铝合金材料的强度太高,拉弯成型难度较大。而7003-T4铝合金材料的力学性能较低,拉弯成型性能较好。因此本文首先对T4状态下的铝合金型材进行拉弯成型,之后通过热处理使横梁达到T6状态。通过加权组合Swift硬化模型和Hockett-Sherby硬化模型的方法对7003铝合金材料的力学性能进行本构表征,并对加权硬化模型参数进行求解。2)基于拟合的材料加权硬化模型,本文建立了铝型材拉弯成型仿真分析模型,并对仿真分析结果的准确性进行实验验证。实验结果表明:仿真分析结果与实验结果的吻合程度较高。同时,本文在考虑拉弯成型遗传效应的前提下建立了防撞横梁三点弯曲和摆锤碰撞的仿真分析模型。分析结果表明:考虑拉弯成型遗传效应的仿真结果与实际情况更为吻合,仿真精度更高。3)以防撞横梁质量最轻和铝型材拉弯成型的截面畸变量最小为目标,以回弹量和最大减薄率为成型质量约束,以横梁摆锤碰撞时摆锤侵入位移为刚度约束,采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法,对型材筋的分布、厚度分布以及拉弯成型时的预拉力大小和摩擦系数进行多目标优化,并最终获得铝型材结构—工艺参数的Pareto最优解。通过实验对设计结果的可靠性进行验证。实验结果表明:优化后的防撞横梁减重0.747kg,截面畸变量减少1.1mm,横梁摆锤碰撞后的凹陷量减少0.7mm,说明了优化后的横梁质量更轻、碰撞性能和工艺性能更好。