【doc】铝合金板材冲压成形极限虚拟预测

【doc】铝合金板材冲压成形极限虚拟预测 铝合金板材冲压成形极限虚拟预测 ? 材料?工艺?设备? 铝合金板材冲压成形极限虚拟预测 曹宏深林敦文关绍康 (郑州大学) 【摘要】利用虚拟成形极限应变(FLD)试验,并根据虚拟试验过程中的"分叉失稳"和有限元后置处理过程中的 "应变集中"现象,虚拟性地求解了铝合金板材的失稳极限应变.试验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,虚拟FLD试验方法避免了采用塑性失稳 准则及损伤断裂失稳准则时人为因素的影响,利用虚拟极限应变所拟合出的FLD曲线与实测FLD拟合曲线具有比 较接近的几何图形,虚拟nJD试验可替代或部分替代实测FLD试验. 主题词:板材成形成形极限虚拟试验 中图分类号:TG376文献标识码:A文章编号:1000—3703(2006)01-0036-03 VirtualPredicationofStampingFormation LimitationofAluminumAlloySheets CaoHongshen,LinDunwen,GuanShaokang (ZhengzhouUniversity) 【Abstract]Throughthevirtualforminglimitationdeformationtestandaccordingto'branch destabilization'invirtual testandthe'strainconcentration'phenomenoninpostprocessingofFEM,thedestabilizationl imitationstrainofaluminum alloysheetsissolvedvirtually.TestsindicatethatthevirtualFLDtestmethodcanavoidtheeffe ctsofhumanfactorsin applicationsoftheplasticsinstabilitycriterionandthedamageandbreakdowninstabilitycrit erion,thefittedFLDcurveof thevirtualFLDapproachestothatofactuaHymeasuredfittedFLDcurve,thereforethevirtual FLDtestcanbesubstitued whollyorpartlyfortheactualFLDtests. Keywords:Formationofsheet,Formationlimitation,Virtualtest 1前言 冲压板材的塑性成形失稳极限应变,可以使用 成形极限应变图(FormingLimitDiagram,FLD)综合 表征.确定板材冲压成形极限图的方法分为试验检 测和理论预测2类.最典型的试验检测方法为工艺 模拟性质的刚性半球头凸模冲压胀形,相应的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 为ISO/TC164/SC2N253"金属板材一成形极限图测 试指南"和GB/T15825.8"金属薄板成形性能与试 验方法成形极限图(FLD)试验".另外,美国汽车工 程师学会(SAE)也曾提出过同类试验 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 SAEJ863 JUN86"金属板材冲压塑性变形测试方法". 通常,采用试验检测方法确定FLD是一项非常 费时耗材的繁琐工作,因此长期以来,许多研究者在 对FLD进行理论研究的同时,也一直试图利用理论 预测方法取代之.传统上理论预测FLD需要运用塑 性 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 理论进行分析运算,近年来有限元数值模拟 方法亦开始有所应用.其中,塑性变形本构方程,板 材屈服准则,以及判断颈缩(或破裂)极限应变所需 的塑性失稳准则或损伤失稳准则等,构成了预测 FLD的基本理论体系It,2]. 一 36一 无论本构方程,屈服准则还是失稳准则,都有许 多不同表达形式,再加上它们的假设性质,其结果必 然导致理论FLD与实测FLD之间的差异[1].为了 减少人为假设对理论FLD的影响,基于非线性有限 元分析方法,利用与铝合金板材适配的Barlat'89屈 服准则,通过虚拟FLD试验装置,相应的试验条件 及试样状态(即"虚拟FLD试验"),尝试性避开塑性 失稳准则或损伤性断裂失稳准则,求解铝合金板材 的冲压成形极限应变并构造FLD图形. 2虚拟建模 图1为GB/T15825.8 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的FLD试验装置, ,测定FLD右半部分("双 图2为FLD示意图.通常 拉"应变区)图形时,需要使用直径或内接圆直径大 于拉深筋外圆直径的圆形板材试样或正多边形板材 试样,并通过改变试样与凸模之间的接触摩擦条件, 来改变板材发生颈缩或失稳时的板面双拉极限应变 数值及其失稳点的应变路径;测定FLD左半部分 ("拉一压"应变区)图形时,需要采用宽度不等的长 条试样,以通过试样宽度变化来改变板材自身对于 应力和应变的几何约束,并获取数值不同的板面极 汽车技术 ? 材料?工艺?设备? 限"拉一压"应变及其失稳点的应变路径.基于以上 试验原理,将FLD试验视为塑性大变形板壳并带有 接触摩擦的几何与物理非线性问题对其过程虚拟 建模. ?,—? , , r月 1II ?I!f... I, 模 边幽 筋 n模力fI1模 【刳1FLD试验装置(凸模直径100inln) 2nJD图形 利用非线性有限元前置处理器对图1模具进 行三维造型并进行刚化处理,同时还对模具中的板 材进行了轴对称胀形位移约束,并把板材上的控制 节点(胀形几何中心)与凸模耦合关联,使该节点的 运动转化为凸模的直线运动. 对板材的几何物理建模还包括:使用四节点的 单点积分壳单元网格离散板材;假设板材塑性厚向 异性,塑性等向强化,且服从Barlat'89屈服准则和 Druker流动方程;板材的力学性能按表1实际数值 虚拟;"拉一压"应变区的板材虚拟宽度分别为2O, 3O,5O,7O,90,110mm;"双拉"应变区的接触摩擦因 数按表2虚拟,并进一步假设摩擦因数在虚拟冲压 过程中恒定. 表1Al—Mg—Si基台金车身板材的力学性能(板厚1nlln) 序号0"0,2/MPa0-/MPa0-0.2/^占/%r 01703l50.540l80.2680.654 11653050.541180.2770.703 2l853330.556230.2960.725 注:以上板材由郑州大学荧绍康教授课题组开发 表2虚拟接触摩擦条件 试样序号摩擦因数试样序号摩擦因数 10.22560.100 20.20070.075 30.17580.050 40.15090.025 50.125 ? 2006年第1期 3虚拟应变传播及其塑性失稳 利用非线性有限元软件的静态隐式(StaticIm. plicit)分析和修正的Newton—Raphson迭代方法并结 合弧长法,对各种虚拟试验方案进行模拟和求解,经 数据处理后,可以获得如图3一图5所示的3类虚拟 应变传播模态(基于塑性变形体积不变假设,图中未 示出板面应变). 0.40 0-30 型O2O 恒 蟮O.10 O OO2 一 OO2 - O.06 { 1-0.10 一 O14 - O.1 试样中心的距离/mm (a) — 第3O加戟步 — 第5OJJ『I载步 — 第68JJ【1载 O2U4U6O8OIOO 至试样Iil心的距离/mm (b) 图3板材宽度等于20mm时的应变传播模态 图3为改变板材宽度获取"拉一压"应变路径, 且板宽很小(如小于30mm)时的应变传播模态.图 5为改变板材与凸模间摩擦因数获取"双拉"应变路 径时的应变传播模态.在这两类模态下,板面应变和 板厚应变都会在施加一定的载荷步后出现显着的尖 点峰值即应变集中,且两者的峰值点位基本重合,力 学上预示颈缩几何现象即将发生,因此峰值点位的 应变数值(包括板面应变)即为翅性失稳应变.图4 为改变板材宽度获取"拉一压"应变路径,且板宽比 较大时的应变传播模态.在此类模态下板材没有明 显的尖点峰值,但程序的后处理窗口会在一定的载 荷步下显示板壳变形过程加载曲线的"分叉失稳"的 物理现象,如图6所示.因此发生这种物理失稳点位 的应变数值应是极限应变数值. 4虚拟成形极限图绘制及其验证 根据上述不同应变传播模态下发生塑性失稳现 象的"应变集中"或"分叉失稳"等判据,可以采集到 各种虚拟板宽和不同接触摩擦条件下的板材极限应 变,并把它们集中到一起采用多项式拟合方法绘制 一 7,一 ? 材料?工艺?设备? 出如图7所示的虚拟FLD蛆线. O28 O24 O-2O 交 o.12 量o.08 O.04 O . OO4 O.O2 一 O.O2 一 O.06 lO 蟠. o14 第3O加载步 — .一第5O加载步 +第7O加载步 +第82加载步 O2O4O6O801oo 至试样巾心的距离/ram (a) O1020406080 至试样中心的距离/mm (b) 图4板材宽度等于110mm时的应变传播模态 O.35 — 0.25 髻0'l5 恒 0,05 O.O5 O.O5 髫_o'15 . 0.25 O2O406O8O100 试样【{J心的距离/mm (a) - .,占一———布——. 试样L}I心的趴离/ram (b) 图5板材与凸模之间摩擦因数=0.150 时的应变传播模态 从表l所列的3种铝合金车身板材上截取试 样,按GB/r15825.8规定实测出的极限应变及其 拟合出的FLD曲线如图8所示.分析对比图7和图 8可以得出: a.虚拟与实测的极限应变点均分散在一定的 区域,但都可以被拟合成具有几何图形比较相近的 FLD曲线;分析或度量不同板材的成形极限水平 一 38一 时,使用FLD应变拟合曲线比使用其应变条带区域 更为直观和方便. 凸模行程/mm 图6板材宽度为45mm,载荷步为106时的加载曲线 — 丁-一2板,tq 0.40. …. O.-…1板材 ' 一 ?一--o#板材 . 0.20.0.1000.100.200.30 图7虚拟FLD曲线 0.40.—2#板材 棼O.萄 . 0.2O.0,1000100.200.30 ,2 图8实测FLD曲线 b.相对拟合曲线,虚拟极限应变点比实测极 限应变点的分散范围窄,且虚拟FLD拟合曲线几何 位置(应变水平)均高于实测FLD拟合曲线.前种现 象源于虚拟过程有限元方法的节点性质和实测FLD 试验中的应变检测误差,而后一种现象除了虚拟计 算方法或理论假设等原因外,也很可能包含实测试 样变形后的板面曲率对极限应变检测值的影响. c.板材硬化指数对虚拟FLD与实测FLD曲 线的影响规律相同,即随的增大,FLD的应变水平 提高,这种现象与目前的同类理论和试验研究结果 相同. 5结束语 利用虚拟FLD试验,即通过虚拟FLD试验装 置以及相应的各种试验条件及试样状态,并结合虚 拟试验过程中的"分叉失稳"和有限元后置处理过程 中的"应变集中"现象,避开了塑性失稳准则或损伤 断裂准则,虚拟性地求解了铝合金板材的失稳极限 汽车技术 氟载载找载嘶加加加加 ?如加 第第第第第}{享 *:《《《《 ll ? 材料?T艺?设备? 汽车用铝合金激光+TIG复合焊接工艺研究 芦凤桂唐新华姚舜丁健君邓正才 (上海交通大学) 【}商要】对汽车用3A21铝合金的激光复合焊接T岂(激光+TIG)进行了研究,探 讨r上艺参数对焊缝成型的影 响规律及激光与电弧的复合作用.试验结果表明,激光焊复合工艺可以显着提高焊 缝熔深和焊接速度,从而实现采 用小功率激光焊机实现销合激光焊接的日的在较宽的T艺参数范围内,YAG激光 复合焊接钒合金肆有焊缝成型 美观等优点,且可大大提高生产率 主题词:汽车铝合金复合焊接激光 中图分类号:U465.272文献标识码:A文章编号1000—3703(2006)01—0039—03 StudyontheLaser-TIGCompoundWeldingProcess forAutomotiveAluminumAlloys LuFenggui,TangXinhua,YaoShun,DingJianjun,DengZhengcai (ShanghaiJiaotongUniversity) 【Abstract】Laser— TIGcompoundweldingprocessforautomotivealuminumalloy3A21isstudied.theinfluerleeof pro(:essparametersonformationofwehtseaIllandthecomhinedfunctionoflaserandelectric art:arediscussed.Testre suitsindicatethateompot,ndprocessoflaserweldingcsnrenlal'kablyimproveweldpenetrati onandwehtingspeed,there— forelowpowerlaserweldereanbeusedf0raluminumalloyweldingInawiderangeofprocessparanleters.YAGcompound laserweldinghasnieformationofweldinganti[~LIDremarkablyimproveproductionefficiency. Keywords:Automotive,Aluminumalloy,Compoundwelding,Laser 1前言 近年来,随着车辆向轻量化方向发展,汽车车身 结构由空间框架开始向铝复合车体方向发展.由 于锅合金具有高比强度,耐锈蚀,热稳定性好,易成 形,再生性好和简化结构等优点,能满足汽车工业的 要求,因此选用铝合金材料是实现汽车轻鼍化的有 效途径.目前,汽车铝车身主要采用激光焊接工艺, 但存在以下问题:由于光束直径很细,要求坡口装配 间隙小于0.5mm;要求跟踪精度很高,在开始尚末 形成熔池时热效率很低;设备成本高,工件准备序 要求严格.而激光电弧复合焊接方法可以解决上述 问题,因为电弧焊的复合,熔池宽度增加,使得装配 要求降低,焊缝跟踪容易.用激光和电弧复合来焊接 锅合金,由于激光与电弧的相互影响,复合焊可以克 服只采用一种方法存在的不足,进而产生良好的复 合效应l4J. 研究了YAG激光+TIG复合焊接铝合金的新T 艺,探讨了T艺参数埘焊缝成型的影响规律及激光 与电弧的复合作用.试验结果表明,采用激光焊复合 工艺可以提高熔深和焊速,达到采用小功率激光焊 机实现铝合金的激光焊接水平;在比较宽的工艺参 数范围内,YAG激光复合焊接铝合金具有焊缝成型 美观等优点,熔深和焊速均显着提高,大大提高了 生产率 2试验方法及设备 设计制造了YAG激光复合焊接机头,机头的安 应变,且利用虚拟极限应变所拟合出的FLD曲线与 实测FLD拟合曲线之间具有比较接近的几何图形. 这些现象显示,所用的虚拟FLD试验方法比以往的 FLD理论研究减少?『人为的失稳假设,虚拟过程比 较贴近实测试验,虚拟nD试验具有替代或部分替 代实测FLD试验的可行性.lf日是整个虚拟FLD试 验过程的运算时间及数据分析时间较长,相应的有 2006午第1期 限元分析方法有待改进. 参考文献 l谭红等.板材成形极限的预测研究.农业机械,1997, (28)4:157—161 2陈吉』J实等.板料成形极限的理论预测与数值模拟研究.塑 性上程.2004,l】(1):l3,l7 (责任编辑文楫) 修改稿收到13期为2005午10月31日. 39—