基于细观损伤数值仿真的高强钢板渐进翻边工艺研究.pdf

中文摘要 摘 要 汽车覆盖件中存在着大量的翻边特征。随着先进高强钢板 （AHSS ）在轻量化 车身结构中的产业化应用，给传统翻边成形工艺带来了一定的挑战：高强度带来 的板材翻边成形性能较差；先进高强钢在成形过程中表现出与传统金属板材完全 不同的破裂失效行为；翻边工艺复杂导致难以直观的判断材料的变形性质，无法 准确的计算板料减薄情况。论文针对上述问题，通过深入分析翻边成形过程中板 材的应力-应变状态，对模具结构进行创新设计，以期提升板材的拉伸翻边成形性 能；同时将塑性损伤引入材料成形性能的预测和评价中，通过准确的材料本构模 型和创新的工艺设计为汽车覆盖件产品复杂翻边特征成形提供工艺技术方面的指 导。论文基于理论分析、数值模拟技术及物理实验开展了以下研究工作： ① 以 MC600DP 双相高强钢为研究对象，开展材料性能实验；基于 Abaqus 有限元软件建立耦合细观损伤弹塑性本构的单向拉伸数值仿真模型。针对实验设 计-代理模型标定损伤参数的弊端，利用Python 语言进行Abaqus 二次开发，构建 基于遗传算法的全自动数值仿真程序，以实现细观损伤参数与材料宏观力学性能 之间的高精度映射和自适应优化，得到精确描述高强钢板实际流动行为和损伤演 化的本构模型。 ② 以复杂拉伸类翻边为研究对象，进行翻边变形过程力学分析，揭示高强钢 板翻边工艺难点；分析成形板材的应力-应变分布规律，提出解决思路（渐进成形） 并进行模具结构创新设计。利用构建的高精度细观损伤弹塑性本构评估板材的成 形性能，基于数值仿真技术对比分析传统翻边成形与渐进翻边工艺的成形过程、 板料减薄情况、应力应变状态及损伤演化规律，揭示渐进翻边工艺机理及其优越 性。 ③ 探索渐进翻边工艺相关参数对板材翻边成形性能的影响规律；分析参数敏 感性，基于正交实验结果对非关键因素进行参数优选；基于Matlab 平台建立关键 因素与目标函数（最小厚度(MinSTH)及凸模行程(Stroke) ）之间的神经网络预测模 型，并利用多目标遗传算法寻优。基于复合翻边渐进成形工艺优化结果，参考压 力机要求和工艺难度，合理匹配相关参数，得到可用于实际生产的模具结构创新 设计参数。 论文建立的渐进翻边工艺规范不仅适用于先进高强钢板，同样适用于镁合金、 铝合金等轻质难变形板材的复杂翻边特征成形。 关键词：先进高强钢板；拉伸类翻边；自适应优化；渐进成形；细观损伤 I 英文摘要 Abstract There were various flangings in auto panels and with the industrialized application of advanced high strength steel (AHSS) in lightweight body structure, AHSS caused great challenges to the traditional flanging process: excessive high strength resulted in poor flanging formability; cracking failure behavior of AHSS was completely different from traditional sheet metals in forming process; complex flanging process made it difficult to estimate the deformation properties of blank intuitively and calculate the thinning accurately. Aiming at the above problems, this paper carried out an innovative design of die structure through a pro