板料成形性能及CAE分析
板料成形性能及CAE分析
文献综述
引言
随着强度的提高，高强度钢板塑性变差、成形难度增加。对典型高强度钢板，如DP 钢、TRIP 钢和BH 钢等在汽车上的应用情况进行介绍，介绍了目前处在实验测试阶段的TWIP钢，具有许多优良的性能，只是投入生产中还存在一些尚待解决的问题。对高强度钢板冲压生产时成形性差、回弹严重，以及冲模受力恶劣等常见问题进行了分析，最后对高强度钢板冲压成形性能研究现状和回弹影响因素进行了总结。结果表明，高强度钢板成形性随材料、模具和工艺参数变化而波动，所以须综合研究三者的影响规律，从而提高高强度钢板的成形性能。
1 高强度钢板在汽车上的应用情况
高强度钢板的拉伸强度一般在350MPa 以上，它不但具有较高的拉伸强度，还有较高的屈服点，具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，在汽车上得到了广泛的应用[1]。高强度钢板最初主要用于车身的前保险杠和车门抗侧撞梁。近年来，随着高强度钢板的研制和开发，其成形性、焊接性、疲劳强度和外观质量都有所提高，现在高强度钢板已被广泛用来代替普通钢板制造车身的结构构件和板件[2]。
1. 1 双相钢( DP 钢)
DP 钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体以岛状弥散分布在铁素体机体上，DP 钢的显微组织示意如图1 所示[3]。软的铁素体赋予DP钢较低的屈强比、较大的延伸率，具有优良的塑性; 而硬的马氏体则赋予其高的强度。DP 钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定，其变化范围为5% ～20%，随着马氏体的含量增加，强度线性增加，强度范围为500 ～ 1 200MPa。目前大量使用的有DP590、DP780，热镀锌合金化DP980 的研发工作正在进行中[4]。
DP 钢具有低屈强比、高加工硬化指数、高烘烤硬化性能、无屈服延伸和室温时效等特点，一般用于需要高强度、高的抗碰撞吸收且也有一定成形要求的汽车零件，如车轮、保险杠、悬挂系统及其加强件等。随着钢种性能和成形技术的进步，DP 钢也被用在汽车内外板等零件上。在ULSAB-AVC 计划中，DP 钢在其两种概念车车身用材料中位居主要地位，均达74%。通用及福特汽车公司用DP 钢制造汽车轮盘后，不仅质量降低14%，而且疲劳寿命比普通钢提高一倍。福特汽车公司用DP 钢制造轿车发动机罩壳，使板厚由原来的1.8mm减薄到0. 7mm。上海大学和上海汇众汽车制造有限公司研制的汽车底盘零件用DP 钢，采用St14 双相钢取代08VtiRe，成功地制作了桑塔纳轿车前悬挂支架壳体，降低了成本，解决了原冲损率居高不下的问题[5]。
1.2 相变诱发塑性钢( TRIP 钢)
TRIP 钢的显微组织主要是铁素体、贝氏体和残余奥氏体，因此也称为残余奥氏体钢，TRIP 钢的显微组织示意如图2 所示。它是通过相变诱发塑性效应，使钢板中残余奥氏体在塑性变形作用下诱发马氏体生核和形成，并产生局部硬化，继而变形不再集中在局部，使相变均匀扩散到整个材料以提高钢板的强度和塑性。残余奥氏体分布在铁素体和贝氏体的基体中，含量在5% ～15%，强度范围为600 ～ 1 000MPa。TRIP 钢具有高延伸率，同DP 钢相比，TRIP 钢的起始加工硬化指数小于DP 钢，但是TRIP 钢的加工硬化指数在很长的应变范围内仍保持较高，特别适合胀形成形[6]。TRIP 钢主要用来制作汽车的挡板、底盘部件、车轮轮毂和车门冲击梁等。此外，TRIP 钢板可作为热镀锌和Zn-Ni 电镀锌的基板，以便生产高强度、高塑性、高拉深胀形性以及高耐腐蚀性的镀锌板。
图1 DP钢显微组织图2 TRIP钢显微组织
韩国浦项制铁公司已经成功开发出800MPa 和1 000MPa 级的TRIP 钢，钢板的成形性能非常好，可以加工成复杂形状的汽车部件，目前正着手开发1 200 MPa 级的TRIP 钢。在日本，三菱汽车公司与新日铁、住友金属及神户制钢等合作，开发出汽车底盘零件用TRIP 高强度挡板，在新车型中已有80 余种底盘零件用TRIP 钢板制造[7]。在国内，宝钢采用连续退火生产的TRIP600 钢板已经商业化，该钢板具有高的伸长率δ和硬化系数值n。这些性能特点使其可以替代软钢冲压零件。近几年，宝钢正在进行TRIP800 等钢种的研究开发[6]。
1. 3 烘烤硬化钢( BH 钢)
BH 钢是钢板经冲压成形或预拉深变形后，进行烘烤温度处理( 高温时效处理) ，以使钢板的屈服强度得到一定程度的提高。其特点是冲压成形时屈服点低，具有接近普通低碳钢板的成形性。冲压加工后，由于喷涂烘干时的高温短时间热处理使屈服点升高，从而使冲压件在使用状态下具有较高的强度和抗凹陷能力。表1 所示为宝钢生产的型号为B180H1 的BH 钢板与普通低碳钢板抗凹刚度和凹陷深度比较，从表1 中可知，BH 钢的抗凹性能明显高于普通低碳钢。
表1 BH 钢板与普通低碳钢板抗凹刚度和凹陷深度比较[8]钢种厚度/mm 抗凹刚度/N 增减率/% 凹陷深度（平均
值）/mm
Stl4 B180H1 0.80
0.70
1538.2
1801.3
100.0
117.1
0.158
0.053
由于BH 钢板使汽车用冷轧钢板的强度、深冲性能和零件的抗凹陷性三者统一起来，同时还有减轻汽车自重的作用，所以BH 钢板近年来得到了广泛的应用和研究。日本川崎钢铁公司开发出汽车用440MPa 级BH 钢板，不仅屈服强度上升，而且实现了原来BH 钢板没有的抗拉强度上升。国内宝钢、鞍钢和武钢也均已试制和生产出不同牌号的BH 钢板，基本上掌握了关键的工艺控制技术。目前，宝钢可以生产180、210、240、270 和300MPa 等多个级别的冷轧普板、电镀板和热镀锌板三大类BH 钢板[9]。
1.4 其他高强度钢
孪晶诱导塑性钢( TWIP 钢) 具有中等的抗拉强度( 约600MPa) 和极高的延
展性( 大于80%) ，同时还具有高的能量吸收能力和无低温脆性转变温度等性能特点，它是一种集高强度、高塑性和高加工硬化率于一体的理想的汽车用钢[10]。TWIP 钢目前最主要的应用是车辆防护。在车辆发生撞击时，这种TWIP 钢会变形，钢的每一个部分都会发生延长，将剩余的变形力传递到周围的部分中，这些部分也会发生变形。通过将能量分散到整个表面，撞击的动能可以更有效地被吸收，从而在撞击中保持车厢的基本形状，保证乘客的安全。浦项钢铁从2008 年开始，向韩国现代起亚汽车公司，以及克莱斯勒、通用和大众等汽车公司提供TWIP 钢标本，准备量产TWIP 钢。鞍钢已在实验室研制出冷轧TWIP590 钢和TWIP780 钢，正在研制开发TWIP980 钢[11]。马氏体钢( MART 钢) 的特点是在马氏体点阵中分布有数量较少的铁素体和( 或) 贝氏体，其强度可达1500MPa 以上，是目前商业化高强度钢板中强度级别最高的钢种。马氏体钢由于受成形性的限制，只能用滚压成形生产或冲压形状简单的零件，主要用于成形性要求不高的车门防撞杆等零件代替管状零件，减少制造成本。欧洲生产的新型乘用车用钢的15%是采用热成形马氏体钢板。目前，国内宝钢已能批量生产强度级别高达1180MPa 和1500MPa 的冷轧马氏体钢。Q＆P 钢是一种新型的高强度和高塑( 韧) 性的马氏体钢，可以达到的力学性能范围: 抗拉强度为800 ～1500MPa，伸长率为15% ～40%。Q＆P 钢具有优异的强度和塑性综合性能，作为汽车结构用钢，可大大减轻车体重量，增强车体抵抗撞击的能力，提高汽车运行的安全性，具有很好的发展前景。目前，国内外对Q＆P 钢工艺的研究还处于起步阶段。
2 高强度钢板冲压生产中的常见问题
汽车零/部件绝大多数通过冲压成形。与普通钢板相比，高强度钢板的强度、硬度较高，塑性、韧性较低，所以冲压成形性降低，同时易造成回弹量过大等问题。高强度钢板冲压生产中常见的问题有以下几个方面[2]。
1) 冲压成形性差。
钢板高强度化易引起塑性下降，成形性变差。因此在冲压成形时，材料流动难以控制，板料上的应力应变分布不均，容易产生深冲裂纹、起皱、回弹大且成形精度难以控制等问题。例如在拉延成形时频繁出现开裂，同一零件利用普通钢板甚至塑性较差的普通钢板拉延时都不会出现开裂的地方也会发生开裂。同时对模具型面异常敏感，型面或过渡面的光顺性稍差就出现开裂。
2) 回弹严重。
回弹是由制件的弹性回复造成的，其大小由模具形状或制件残余应力沿板料厚度方向的分布决定。回弹量是材料强度的函数，高强度钢的强度大于传统低强度钢，因此回弹比传统低强度钢更严重[12]。
3) 冲压模具受力恶劣。
传统低强度钢冲压成形中，材料的屈服极限一般在200MPa 以下，冲压模具和设备的受力不大。高强度钢的强度比传统低强度钢提高了若干倍，因此相比于传统低强度钢，高强度钢冲压时载荷成倍上升，冲压模具和设备受力恶劣。传统低强度钢冲压中很少出现的模具失效和非正常损毁变得频繁。此外，高强度钢板成形时需要大的成形力，因而使得坯料与模具的接触压力增大。成形过程中模具与钢板之间的接触压力增大，接触面温度升高，容易引起钢板与模具间的粘合，加剧工件表面出现划痕的现象，影响产品质量。
3 高强度钢板冲压成形性能研究现状
冲压成形性能是指板料适应冲压加工的能力。冲压成形性能是个综合性的概念，主要需要考虑两个方面: 一方面是成形极限，希望尽可能减少成形工序;另一方面是要保证冲压件质量符合设计要求。如何准确判断高强度钢板的成形极限，充分利用材料的塑性，是高强度钢板冲压成形性能研究的关键问题之一。回弹是高强度钢板成形中的主要质量问题，如何采取措施减小高强度钢板零件的回弹，也是高强度钢板冲压成形性研究的关键问题[5]。
3.1 高强度钢板成形极限的研究现状
成形极限图( FLD) 是评定薄板成形性能最直观和有效的方法，在金属板冲压成形中使用十分广泛。FLD 是板料在不同应变路径下达到局部失稳极限时工程应变e1、e2( e1为长轴工程应变，e1 = ( L－L0) /L0，L 为网络变形后椭圆长轴尺寸，L0为原长，e2类同) 或真实应变ε1、ε2( ε1为长轴真实应变，ε1 = ln( L /L0) ，ε2类同) 构成的条带形区域或曲线。成形极限图如图3所示( 图3中，d 为实验印制的网格直径) ，其全面反映了板料在单向和双向拉应力作用下的局部成形极限( 平面应力状态下厚向应变ε3 = 0) 。FLD 适用于预测简单加载路径下的板料成形极限。为了满足不同材料性能和制造加工的要求，弥补FLD 与路径相关
的不足，生产实际中大多采用“安全裕度法”来解决。但是对高强度钢板而言，由于其成形性能比低碳钢板等普通板料差，成形极限相对较低，若也在FLD 上设定一个较大的安全裕度来评定其成形性能，则钢板成形的设计柔性将会明显减小。汽车用零件通常形状比较复杂，不能一步冲压成形[13]。近些年来，部分研究人员提出了初步认为是与加载路径无关的新的成形极限判据: 成形极限应力图( FLSD) ，这使得预测复杂加载路径下板料多道次成形的极限成为可能。国内关于FLSD 的研究起步较晚，研究成果主要集中于北京航空航天大学和南京航空航天大学。实际应用中，由于应力的不易测量以及复杂路径的难以实现，极限应力值通常通过测量破坏点某一特殊路径下的极限应变，然后利用塑性本构关系换算得到。因此FLSD 若得到工程应用，需解决如何实现复杂应变路径的实验方法，以及板料成形应力的在线测量技术。同时，FLSD 是否一定与板料所经历的应变路径无关，尚有待进一步论证。对于某些复杂路径下塑性较差、破裂时没有明显缩颈现象的板料成形，韧性破裂准则能够较好地预测其成形极限，而且还能考虑应变路径的变化。高强度钢板在发生断裂前的颈缩不是很明显，在板料成形过程中，利用有限元数值模拟获得变形中每一时刻的应力应变场，韧性破裂准则( DFC) 根据板料成形过程中应力、应变及塑性变形能的变化来预测韧性破裂的发生。研究人员利用DFC 作为破坏判据预测其成形极限开展了相关工作。目前在板料成形中，DFC 只在一些简单轴对称形状冲压件的成形过程得到应用，在高强度钢板成形极限预测中未见实际工程应用[14]。
3.2 高强度钢板回弹问题的研究现状
随着高强度钢板的大量应用，冲压件卸载后产生的显著回弹及由此引起的形状不良、贴模性及定形性差的现象日益严重，使成形件的成形精度受到极大影响，回弹问题逐步成为高强度钢板在使用过程中的瓶颈问题。
石磊[15]针对宝钢600MPa 级高强度钢板零件在冲压成形中的变形特点、材料性能要求及其对回弹缺陷的敏感性进行了研究，从模具和工艺的角度出发，利用仿真和实验相结合的手段，对弯曲类零件和拉深类零件的回弹特性进行了深入的研究，总结和归纳了模具及工艺参数600MPa 高强度钢弯曲和拉深成形后回弹的影响规律。研究结果表明，同强度级别的钢板，TRIP 钢回弹最大、DP 钢次之、HSLA 回弹最小。回弹角对材料性能的敏感性顺序依次为: 弹性模量＞硬化系数
＞屈服强度＞硬化指数。吴磊[12]等通过一个典型汽车高强度钢零件的实验分析，结合有限元仿真技术，针对高强钢零件生产中常见的制造精度问题，系统研究了DP590 材料的屈服强度、硬化指数、板料厚度和摩擦因数的波动对该零件回弹的影响规律。结果表明，对回弹波动的影响程度由强至弱依次为屈服强度、板料摩擦性能、硬化指数、板料厚度。从减少回弹波动量的角度出发，应按以上顺序对回弹的波动进行控制和选择材料。
肖华等以典型高强度钢DP 钢的U 形件弯曲回弹为例，结合数值模拟方法及正交试验，对材料力学性能参数进行了回弹影响程度的灵敏度分析，得出了各参数影响回弹的灵敏度排序。研究结果表明，在板料的力学性能参数中，弹性模量对回弹的影响最明显，其次为硬化系数、硬化指数、初始屈服应力及各向异性参数r0，而r45及r90对回弹量几乎没有影响。材料、模具和成形工艺条件是影响板材回弹缺陷的关键因素，三者的相互作用和匹配直接影响零件形状尺寸的稳定性，因此，必须深入研究各因素对高强度钢板回弹规律的影响，并针对不同类型的回弹缺陷研究相应的控制手段。同时，由于有限元技术在工程中的推广，使得对汽车车身零件的成形及回弹进行仿真成为可能。
4 结语
汽车用高强度钢是汽车轻量化的关键材料之一，对汽车发展起着举足轻重的作用。汽车工业的迅速发展使得环保、能源等问题日益突出，因此汽车用高强度钢发展的总趋势将是高强度化及良好的成形性。随着各种先进的成形工艺以及模拟仿真技术的快速发展，可以相信，不久的将来，性能更高的汽车用高强度钢的开发和应用必将取得更大的进展。
蓄电池支架成形过程模拟
利用课堂上所学习到的方法进行板料的模拟过程。前面的步骤都是相同的，在工具设置上采用传统设置和快速设置这两种方法来操作。传统的设置方法具有很大的灵活性，能够设置所有的成形模拟过程，与之相反，快速设置方法不具备很大的灵活性，但是由于对模具结构的类型做了一些假设，在此基础上程序自动的完成了在传统设置方法里需要手工完成的任务，如运动曲线的定义，这样使得快速设置方法不具备很大的易用性。
1.数据库操作
1.1导入模型
选择菜单【File】→【Import】，弹出如图1所示的对话框，在模型文件的存放目录下找到两个文件：die.igs和blank.igs。然后单击【导入】按钮依次导入这两个文件。
图1 导入文件对话框
导入零件后，模型显示如图2所示。
图2 导入的零件模型
选择菜单【File】→【Save as】，输入DNING.df，单击【保存】按钮
1.2 编辑数据库中的零件层
选择菜单【Part】→【Edit】，显示出编辑零件层的对话框，如图3所示，所有已经定义的零件层都显示在列表中，零件层用名字和识别号表示出来。我们可以改变零件层的名字和标识号，同时，也可以从数据库中删除零件层。
从零件层中选择“C001V0001”,在【Name】输入框中输入“BLANK”,选好颜色后，单击【Modify】确认编辑。同理再选择“C006V002”零件层，在【Name】输入框中输入“DIE”,选好颜色，单击【Modify】确认。
图3 Edit Part 对话框（编辑前）图4 Edit Part 对话框（编辑后）
2.网格划分
2.1 坯料网格划分
选择菜单【Tools】→【Blank Generator】→【Boundary Line】，选择【Boundary Line】选项，如图5所示。
图5 Select Option对话框
打开选择线的对话框单击点选按钮，如图6所示，选中屏幕上显示的所有线段，单击【OK】按钮，弹出如图7所示的对话框。在【Tool Radius】中输入“1.0”作为相关模具的圆角半径，单击【OK】接受半径值，在弹出的对话框中选【Yes】接受生成的网格。保存数据。
图6 Select Line选项图7 Mesh Size对话框
图8 划分的坯料网格单元
2.2 曲面网格划分
关闭BLANK零件层，打开DIE零件层，并且设置DIE为当前零件层。选择菜单【Preprocess】→【Elements】。从弹出的选项框中选择【Surface Mesh】，如图9所示。设置【Max.Size】(最大单元值)为2.0，如图10所示，其他各项的值采用默认值。选择曲面，在这里我们选择【Displayed Surf】，单击【OK】接受选择，单击【Apply】，再点【Yes】接受划分好的网格结果如图11所示。保存数据库。
图9 Element选项框图10 Surface Mesh对话框
图11 划分的曲面单元网格
2.3 网格检查
选择菜单【Preprocess】→【Model Check/Repair】
（1）检查边界【Model Check】→【Display Model Boundary】，关闭所有的单元和节点，结果如图12所示，可以看出没有缺陷。
图12 显示的边界线
单击工具栏上的【Clear】清除高亮显示的边界，再打开之前关闭的节点和单元。（2）确定法线方向
【Model Check】→【Auto Plate Normal】，显示一个新的对话框，选择【CURSOR PICK PART】,点击显示区域内的任一单元来确定法向的一致性。如图13所示该处所示法向和本来的法向相同，我们单击按钮【Yes】确定单元法向向下。
图13 单元法向的选择
3.工具设置—传统设置
选择菜单【Part】→【Creat】。创建一个新的零件层PUNCH,如图14所示。
图14 Creat Part 对话框
选择菜单【Preprocess】→【Element】，如图15所示，从对话框中选择Offset，在弹出的对话框中Thick一栏输入1.1，选择单元（Select Element），如图16所示，选择显示区内所有单元，单击OK，如图17所示，再点Apply，则所有等距生成的单元将放在PUNCH零件层中，如图18所示。
图15 Element对话框图16Copy Element 图17 Select Element
图18 偏移出的PUNCH
同3.1一样创建新的零件层BINDER，这个零件层将容纳从PUNCH分离出来的单元。选择菜单【Part】→【Add…To Part】，打开对话框，如图19所示，单击【Element】，打开选择单元对话框，如图20所示.选择单元时，我们采用【Spread】，按住【Angle】滑动条选择角度为1°，分别点击两边法兰上的任意单元，显示高亮后，点击OK，确定To Part栏是BINDER,再点击Apply，则所选中的单元都已经被移动到BINDER零件层，结果如图21所示。
图19 Add…To Part对话框图20 Select Element对话框
图21 Add…To Part对话框图22 分离出的BINDER
3.3 分离BINDER和PUNCH零件层
选择菜单【Part】→【Separate】，打开Select Part对话框，如图23所示。在列表中选择PUNCH和BINDER。单击OK完成操作。
3.4 拉延类型设置
选择菜单【Tools】→【Analysis Setup】。在【Draw Type】下拉菜单中选择“Single action”作为拉延类型，如图24所示。
图23 Select Part对话框图24 Analysis Setup对话框
3.5 工具定义
选择菜单【Tools】→【Define Tools】，从【Tool Name】下拉菜单中选择DIE。单击【Add】按钮，打开Select Part对话框，选择DIE,点击OK，DIE就被定义了，如图25所示。
图25 Define Tools对话框
重复以上步骤定义PUNCH和BINDER。
3.6 定义坯料
选择菜单【Tools】→【Define Blank】。在弹出的对话框中点击Add，选择BLANK，将BLANK添加到列表中，单击【Material】定义材料选择DQSK36，完成定义，结果如图26所示。
图26 Define Blank对话框
3.7 自动定位工具
选择菜单【Tools】→【Position Tools】→【Auto Position】，显示如图27所示的Auto Position Tools对话框，按如图所示的对应选择，即可得到最后定位的结果，如图28所示。
图27Auto Position Tools对话框图28 自动定位的各工具
3.8测量DIE的运动行程
选择菜单【Tools】→【Position Tools】→【Min Distance】，显示出如图29所示的Min.Distance对话框，选择Z方向作为测量距离的方向。测得的结果如图所示。工具DIE和PUNCH之间的最小距离约为22.50mm，那么DIE的运动行程就是最小距离减去等距厚度（坯料厚度+10%）。此处得到的DIE的运动行程大约为21.4mm。
图29 Min.Distance对话框
3.9定义DIE的速度曲线
选择菜单【Tools】→【Define Tools】。从【Tool Name】下拉菜单中选择“Die”,如图30所示，然后单击【Define Load Curve】按钮。打开Tool Load Curve对话框中，采用默认的【Motion】曲线作为曲线类型，所有的选项，结果如图所示。
图30 Define Tools对话框图31 Tool Load Curve对话框
图32Motion Curve 图33 凹模的运动曲线图
3.10定义压边圈的压力曲线
从【Tool Name】下拉菜单中选择“Binder”，然后单击【Define Load Curve】按钮，在打开的Tool Load Curve对话框中，采用Force曲线作为曲线类型，压力取20000N,所有选项与结果如图所示。
图34Tool Load Curve对话框图35 压边圈的压力曲线
3.12 设置分析参数，求解计算
选择菜单【Analysis】→【LS-DYNA】,弹出如图36所示的对话框，在【Analysis Type】下拉列表中选择【Job Submitter】，控制参数都选默认，单击【OK】，求解器就开始进行运算，如图37所示。
图37 分析参数设置对话框图38 模拟分析计算窗口
4.快速设置
4.1从DIE中分离出BINDER
所完成的操作就是将DIE法兰部分的单元移动到BINDER中。
创建BINDER零件层，和前面的操作一样。随后就是要将法兰部分的单元放置到这个零件层中。选择菜单【Parts】→【Add…To Part】，显示如图39所示。单击【Element（s）】按钮，出现如图40所示的对话框，和前面的操作类似选择【Spread】，【Angle】选择1°，在左右两边的法兰部分分别选择任意一个单元，出现高亮显示，单击【OK】，【Apply】就可以得到偏置出来的BINDER。
4.2 快速设置界面
选择菜单【Setup】→【Draw Die】，弹出如图所41示的对话框，未定义的工具是红色高亮显示。选择拉延类型（single action）上模可用（Up Tool Available）。
定义工具，定义BINDER，单击【BINDER】按钮，打开Define Tool对话框，单击【Select Part】按钮。然后在打开的Define Binder对话框中单击下面的【Add】按钮。从零件层列表中选择BINDER，单击OK,可以看到定义的工具变成绿色。重复同样的操作定义DIE。
图39 Add…To Part对话框图40 Select Elements对话框
定义坯料，除了和前面定义工具相似之外，还要定义材料，在【Material Library】中进行选择。选择DQSK36,单击OK，完成坯料的定义如图42所示，再Apply一下，结果如图43所示。选择【Preview】检查运动关系，无误后，点击【Submitter】提交计算。过程与传统设置类似。
图41 快速设置对话框
板材成形性实验(课程实验)-新
I. 基本知识概述 一、成形极限图 冲压成形性能：板料对冲压成形工艺的适应能力。全面地讲，板料的冲压成形性能包括抗破裂性、贴模性和定形性，故影响因素很多，如材料性能、零件和冲模的几何形状与尺寸，变形条件（变形速度、压边力、摩擦和温度等）以及冲压设备性能和操作水平等。 板料的贴模性指板料在冲压过程中取得模具形状的能力，定形性指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。影响贴模性的因素很多，成形过程中发生的内皱、翘曲、塌陷和鼓起等几何面缺陷会使贴模性降低。影响定形性的诸因素中，回弹是最主要的因素，零件脱模后，常因回弹大而产生较大的形状误差。板料的贴模和定形性好坏与否，是决定零件形状尺寸精确度的重要因素。 目前的冲压生产和板料生产中，仍主要用抗破裂性作为评定板料冲压成形性能的指标。 失稳：板料在成形过程中会出现两种失稳现象，即拉伸失稳和压缩失稳。拉伸失稳是板料在拉应力作用下局部出现颈缩或破裂；压缩失稳是板料在压应力作用下出现皱纹。 成形极限：板料在失稳前可以达到的最大变形程度。成形极限分为总体成形极限和局部成形极限。总体成形极限反映板料失稳前某些特定的总体尺寸可以达到的最大变形程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻边系数等均属于总体成形极限。总体成形极限常用作工艺设计参数。局部成形极限反映板料失稳前局部尺寸可以达到的最大变形程度，如成形时的局部极限应变即属于局部成形极限。 成形极限图（Forming Limit Diagrams,缩写FLD ）是60年代中期由Keeler 和Goodwin 等人提出的。成形极限图（FLD ）是板料在不同应变路径下的局部失稳极限1e 和2e （工程应变）或1ε和2ε（真实应变）构成的条带形区域或曲线，它全面反映了板料在单向和双向拉应力作用下的局部成形极限。成形极限图（FLD ）的提出，为定性和定量研究板料的局部成形性能奠定了基础。在此之前，板料的各种成形性能指标或成形极限大多以试样的某些总体尺寸变化到某种程度（如发生破裂）而确定。这些总体成形性能指标或成形极限不能反映板料上某一局部危险区的变形情况。 图1 成形极限图
板料成形性能及CAE分析
板料成形性能及CAE分析 文献综述 引言 随着强度的提高，高强度钢板塑性变差、成形难度增加。对典型高强度钢板，如DP 钢、TRIP 钢和BH 钢等在汽车上的应用情况进行介绍，介绍了目前处在实验测试阶段的TWIP钢，具有许多优良的性能，只是投入生产中还存在一些尚待解决的问题。对高强度钢板冲压生产时成形性差、回弹严重，以及冲模受力恶劣等常见问题进行了分析，最后对高强度钢板冲压成形性能研究现状和回弹影响因素进行了总结。结果表明，高强度钢板成形性随材料、模具和工艺参数变化而波动，所以须综合研究三者的影响规律，从而提高高强度钢板的成形性能。 1 高强度钢板在汽车上的应用情况 高强度钢板的拉伸强度一般在350MPa 以上，它不但具有较高的拉伸强度，还有较高的屈服点，具有高的减重潜力、高的碰撞吸收能、高的成形性和低的平面各向异性等优点，在汽车上得到了广泛的应用[1]。高强度钢板最初主要用于车身的前保险杠和车门抗侧撞梁。近年来，随着高强度钢板的研制和开发，其成形性、焊接性、疲劳强度和外观质量都有所提高，现在高强度钢板已被广泛用来代替普通钢板制造车身的结构构件和板件[2]。 1. 1 双相钢( DP 钢) DP 钢是由低碳钢或低碳微合金钢经两相区热处理或控轧控冷而得到，其显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体以岛状弥散分布在铁素体机体上，DP 钢的显微组织示意如图1 所示[3]。软的铁素体赋予DP钢较低的屈强比、较大的延伸率，具有优良的塑性; 而硬的马氏体则赋予其高的强度。DP 钢的强度主要由硬的马氏体相的比例来决定，其变化范围为5% ～20%，随着马氏体的含量增加，强度线性增加，强度范围为500 ～ 1 200MPa。目前大量使用的有DP590、DP780，热镀锌合金化DP980 的研发工作正在进行中[4]。
哈工大研究生板材成型性能实验报告
Harbin Institute of Technology 实践环节实验报告 课程名称：金属板材成型性能测试与评价 院系：材料科学与工程学院 学生：孙巍 学号： 哈尔滨工业大学
实践环节-杯突实验报告 一、实验目的 1、学习确定板材胀形性能的实验方法； 2、了解金属薄板试验机的构造及操作。 二、实验内容 将板材用模具压好，冲头以一定的速度冲压板材，直至板材出现裂缝为止 三、实验原理 板材的冲压性能是指板材对各种冲压加工方法的适应能力。目前，有关板材冲压性能的试验方法，概括起来可分为直接试验和间接试验两类。而直接试验法又包括实物冲压试验和模拟试验两种。模拟试验，即把生产实际存在的冲压成形方法进行归纳与简化处理，消除许多过于复杂的因素，利用轴对称的简化了的成形方法，在保证实验中板材的变形性质与应力状态都与实际冲压成形相同的条件下进行的冲压性能的评定工作。为了保证模拟试验结果的可靠性与通用性，规定了十分具体的关于实验用工具的几何形状与尺寸、毛坯的尺寸、实验条件。杯突实验是目前应用较多，而且具有普遍意义的模拟试验方法之一。 杯突实验时，借助杯金属薄板试验机进行。用一规定的球状冲头向夹紧于规定球形凹模内的试样施加压力，直至试样产生微细裂纹为止，此时冲头的压入深度称为材料的杯突深度值。板材的杯突深度值反映板材对胀形的适应性，可作为衡量板材胀形、曲面零件拉深的冲
压性能指标。 四、实验设备及用具 试验机一台、杯突实验模具、游标卡尺、深度尺等。 五、实验步骤 1、先了解金属薄板试验机的结构、原理和操作方法，了解各按钮的作用； 2、装好模具； 3、把试样清洗干净，在试样与冲头接触的一面和冲头球面上涂上润滑油，把试样放在下模上。 4、将下模向上提起，压好试样。按下压边按钮，设定压边力。 5、按中心活塞上行按钮，注意观察试样。当试样圆顶附近出现有能够透光的裂缝时，迅速停止。 6、将下模向下移动，然后将冲头向下移动，取出试件。 7、实验完毕后，将模具拆下。 实践环节-拉深实验报告 一、实验目的 1、了解拉深过程中拉深系数(或毛坯直径)、润滑、压边圈、凸凹模间隙、拉深高度等因素对拉深件质量的影响。 2、了解液压机的工作原理与基本操作。 二、实验内容 将一直径为80mm的圆形板材，以一定的压边力和压边速度，完全压入上模具内。
板料成形技术的原理
板料成形技术的原理 板料成形技术是一种将金属或非金属板料通过应用力、热量或化学反应等方式，使其发生形状改变的加工方法。它是金属成型技术的重要分支之一，广泛应用于汽车、航空航天、电子通信、建筑等领域。 板料成形技术的原理可以归纳为以下几个方面： 1. 弹性变形原理 弹性变形原理是指在加载作用下，板料发生弹性变形而不会发生永久性变形或断裂。在板料成形过程中，利用材料自身的弹性回复性能，通过施加外力使其发生形状改变。这种原理适用于一些薄板的成形，如冲压、弯曲等工艺。 2. 塑性变形原理 塑性变形原理是指在加载作用下，板料发生永久性变形而不恢复到原来的形状。在板料成形过程中，通过施加足够大的应力使板料发生塑性变形，以获得所需的形状。这种原理适用于深冲、拉伸、压缩等工艺。塑性变形原理的关键在于控制加载过程中的应力和变形，以避免板料过度塑性变形而引起断裂。 3. 热变形原理 热变形原理是指通过加热板料使其塑性增加，然后再施加力量使其发生塑性变形。板料的塑性与温度密切相关，一般情况下，热变形温度要低于材料的熔点，以避免熔化。热变形可以改变材料的结构和性能，扩大塑性变形范围，提高板料的成
形性能。热变形原理适用于复杂形状的成形，如热深拉、热冲压等工艺。 4. 化学反应原理 化学反应原理是指通过在板料表面产生化学反应，改变板料的表面性质从而达到成形的目的。常用的化学反应方法有电镀、化学腐蚀等。通过这些方法，可以在板料表面形成一层新的物质，改变其摩擦、润滑、耐蚀性等性能，以便进行成形。 总之，板料成形技术的原理主要包括弹性变形、塑性变形、热变形和化学反应。不同的板料成形工艺根据材料的特性和形状要求，选择适合的原理和方法进行成形。通过合理控制成形参数和工艺流程，可以实现对板料的精确成形，满足不同工业领域对于各种复杂形状的需求。
板料的力学性能与成形性能
板料的力学性能与成形性能 汽车车身钣金件生产过程中，经常遇到一些不明具体原因的停台，我们将其中的一些归类为材料停台：比如说，这一拍料生产时很顺利，一换另一拍料板料就缩径拉裂、四处开花。但是，我们并不清楚材料哪里出了问题。 我们明眼就能看出的板料问题：如板料脏、有杂物（灰尘、料屑、皮带上的杂物等）、板料锈蚀和夹杂、坑包和棱子。但是这和板料内部的性能并没有太大的关系。 那么，板料的力学性能包括哪些方面，它们具体指什么，与板料的成形有什么关系呢？ 厂家提供的质量说明书中包含的内容有：①卷料的基本尺寸、重量；②化学成分；③室温拉伸试验得到的力学性能参数；④镀层重量。 其中，力学性能参数包括屈服强度（yield strength，87版国标为σs，2002版国标为R eL）、抗拉强度（tensile strength，87版国标为σb，2002版国标为R eM）、延伸率（elongation，87版国标δ，现用国标为A）、垂直轧制方向的应变硬化指数（n）、塑性应变比（R，也叫厚向异性系数）这五个参数。 这些力学性能参数都是通过取垂直板材轧制方向取样后，进行单向拉伸试验后得到的。 因此，在了解这些力学性能参数之前，先讨论一下拉伸试验是有必要的。进行拉伸试验后，可以得到载荷—行程曲线，经过转换后得到一条应力—应变曲线。应力的概念类似于压强，是指单位面积上力的大小。工程应变指试样在单位长度上的变形相对于原长度的百分比。下图是产生微量变形时的应力—应变曲线。板料在开始产生塑性变形前，先产生弹性变形。
对于目前车间使用的钢板、铝板，均没有像低碳钢那样的屈服台阶，所以我们一般取产生0.2%应变时的应力为板材的屈服强度。我们把整个成形过程中的最大应力（也是缩颈开始产生时的应力）称为抗拉强度。断裂时试样的伸长比例，称为板料的延伸率。 屈服应力大小直接影响冲压力及成形后回弹量大小。在相同工艺条件下，低的屈服强度板材成形后回弹量小，形状更稳定。对于汽车梁类零件（如纵梁），为了保证零件有较高的安全预警性能，需要采用高屈服强度的材料，因而其表面则往往有波浪。 这里，需要提到一些关于应力—应变关系的假设。这些假设中，有一种认为，应力可以表达成应变的指数函数： σ=A·?n 从应力—应变曲线可以看出，应变越大，应力也越大。也就是说，要继续产生变形，需要给板料施加更大的力，因此可以说，材料变得更硬了。n就是衡量板料随着变形的产生变硬的程度的一个指数。 应变硬化指数（n）是评定板料伸长类成形性能的一个重要参数。一般n值越大，则材料的塑性越好，延伸率越大，拉伸失稳时的极限应变越大；一般n值越大，则材料的屈服应力越小。n值对复杂形状零件的成形也有较大的影响，在以胀形为主的成形工艺中，n值大的板材，成形性能好。对于胀形、扩孔、内凹曲线翻边等伸长类成形来说，可以在一次成形中获得较大的极限变形程度。 当试样被拉长后，宽度变窄、厚度变薄。但是，宽度变窄的程度与厚度变薄的程度是否一样呢？我们用R值来表示这种变形的差异性： R=?b ?t = 宽度方向的应变 厚度方向的应变 若R＞1，说明宽度方向的变窄程度大于厚度方向的变薄程度，也就是说，板材受拉时不易变薄。 材料面内各向异性参数一般包括三个R0，R45，R90三个方向的各向异性参数。材料厚度（平均）各向异性参数R?=(R0+2R45+R90)/4。厚向各向异性参数R越大，R0，R45，R90的差越小，材料拉深性能越好。软钢板的各向异性参数一般都比较大，最大可以到3.0，高强板的各向异性参数一般都比较小，小于1.0。
板料成形CAE技术及应用
板料成形CAE技术及应用 第一章：概述 板料成形CAE技术是现代制造业中的重要组成部分。CAE技术是计算机辅助工程技术的简称，可以通过模拟传统的试验方法来预测和优化产品设计的性能，从而提高制造效率。板料成形是一种常见的加工方法，板料成形CAE技术的应用对于提高产品的质量、降低生产成本具有非常重要的意义。 第二章：板料成形CAE技术的基础理论 板料成形CAE技术的基础理论主要包括有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）两个方面。其中，有限元分析（FEA）是一种计算方法，它利用计算机对物体进行分割，将其分成小块，从而计算出每个小块的应变和应力，然后再将所有的小块加起来得到整个物体的应力分布。对于板料成形的分析，需要将板料进行分割，并对每个小块进行单独的分析，然后再分析整个工件的形状和应力分布情况。此外，计算流体力学（CFD）是一种计算流体行为的方法，利用数学模型模拟出流体运动的过程，在板料成型技术中，主要用于预测流体的流动情况。 第三章：板料成形CAE技术的应用
1. 模拟板料成形过程 板料成形CAE技术可以模拟板料的成形过程，包括板料弯曲、深冲和拉伸等工艺。通过模拟模具的运动和板料的变形，可以预 测板料成形过程中的应力分布、变形和应变等物理量，进而确定 合适的加工参数和模具形状，从而达到优化加工效果的目的。 2. 优化模具设计 板料成形CAE技术可以预测模具中的应力分布以及板料成形 后的形状，可以优化模具的设计，提高模具的使用寿命和板料成 形的质量。 3. 优化板料成形过程中的加工参数 板料成形CAE技术可以根据模拟出的加工过程来优化板料成 形过程中的加工参数，如板料的温度、压力、速度等，以达到最 佳的加工效果，并提高板料成形的质量和效率。 第四章：发展趋势 随着计算机技术和数值模拟技术的发展，板料成形CAE技术 将会迎来新的发展机遇和挑战。未来，板料成形CAE技术将不断 提高计算精度和效率，同时也将不断拓展其应用范围。例如，在
cae分析报告
cae分析报告 随着工业化进程的加速和人们生活水平的不断提高，各种设备 的使用和生产增加，对于设备的质量和安全性的要求也越来越高。而在这种背景下，各类计算机辅助工程软件（CAE）不断涌现， 为人们提供了更为方便和精确的设备分析和设计方法。在使用 CAE分析工具进行设备分析时，报告是最终呈现的结果，而CAE 分析报告的质量和准确性对于工程设计和安全性意义重大。 一、CAE分析的意义 在进行工程设备的设计和分析过程中，传统的方法主要是基于 经验和试验来确定设备的结构和性能。然而这种方法的缺点就在 于它比较消耗时间和精力，并且容易出现误差。而CAE分析的方 法则不同，在CAE分析中，我们可以先假定一些初步的方案，并 通过计算机辅助工程软件对其进行分析和比较，最终选择最优的 方案。这种方法的优点是显而易见的：既可大大缩短设计的周期，又可减小出现错误的概率，同时还能够更准确地预测设备的性能 和安全性。 二、CAE分析报告的特点
和采用传统方法不同的是，CAE分析报告的报告内容需要符合 数据的准确性、完整性、时效性、可读性与易懂性等要求，其特 点主要包括以下方面： 1.数据和结果可靠性 CAE分析报告是通过计算机模拟实现的，因此数据和结果可靠 性非常重要。报告中的所有数据和模型都必须经过仔细的检查和 验证，并遵循必要的准确性和完整性要求。除此之外，毕竟计算 机辅助工程是在虚拟环境中进行，因此其他情况会对计算产生影响，因此需要在报告中考虑这种影响。 2.简明扼要而又完整性 任何一个设计和分析报告都需要足够的详细和表述，以便他人 正确理解和理解。较大型的CAE分析报告容易出现部分不完整或 需要一些特殊知识的技术名称问题，因此报告中最好设立本材料、分析方法、分析结果和结论等。
板料成形性能及CAE分析课程设计
板料成形性能及CAE分析课程设计 摘要 本文旨在介绍板料成形性能及CAE分析课程设计的内容，课程的目的是为学生 提供了解板料成形性能与CAE分析方法的知识和实践技能。课程包含三个组成部分，涵盖板料成形性能评估、板料成形试验、板料成形仿真分析等内容。本文将分别从这三个方面进行论述。 板料成形性能评估 板料成形性能评估是极为重要的一环，主要包括板料成形润滑和板料成形力学 行为两个方面。之所以需要进行板料成形性能评估是为了保证成形过程的顺利进行和成形产品的质量。板料成形润滑试验目的是研究金属材料的不同成形过程中所需要的润滑条件，以寻找最佳的润滑条件使生产效率得到明显的提高。板料成形力学行为试验的目的则是通过研究板料的力学性能，预测板料在成型过程中可能遇到的各种问题，以及寻找最佳成形工艺。 板料成形试验 板料成形试验是课程的重点内容之一，主要是通过组织学生进行实验，让学生 亲身体验和理解板料成形过程中所涉及到的实际问题，以及寻找最优的成形工艺。板料成形试验一般包括三个基本部分：材料试样准备、试验数据采集及分析、试验成形过程观察。其中数据采集和分析的重要性不言而喻，重点要关注数据如何采集以及如何用数据分析来获得实验结果。 板料成形仿真分析 板料成形仿真分析是近年来快速发展的一门技术，它可以帮助产品设计师更好 地削减成品开发成本，提高制造效率。板料成形仿真分析主要分为两大类：一类是
基于有限元程序的仿真分析，另一类是基于计算机辅助成形(CAE)的仿真分析。因为仿真分析非常便捷、可重复、稳健，其应用范围得到了快速的发展，从而使得仿真分析在现代工业领域中应用越来越广泛。 总结 通过本文对板料成形性能及CAE分析课程设的介绍，可以看出课程包含了板料成形性能评估、板料成形试验、板料成形仿真分析等三部分内容。课程深入浅出，通过试验和仿真分析，使学生可以在实践中了解板料成形性能及CAE的应用。“降低制造成本，提高制造效率”是现代制造的关键词，而板料成形性能评估和CAE分析正是帮助企业企业在老的生产模式上实现升级换代。
CAE分析报告流程
CAE分析报告流程 CAE分析报告是以有限元分析（CAE）技术为基础的工程分析报告， 用于对复杂结构或部件的性能进行深入评估和优化。本文将详细介绍CAE 分析报告的流程，包括前期准备、建模与网格划分、加载和边界条件的定义、求解和后处理等步骤。 一、前期准备阶段 在开始CAE分析之前，首先需要明确分析的目标和要求，包括结构的 应力、变形、疲劳寿命等指标。此外，还需收集相关的材料性能参数、工 程图纸、边界条件等基础数据，并对其中的约束和假设进行评估。 二、建模与网格划分阶段 建模是将真实的结构或部件抽象成数学模型的过程。在这个阶段，应 根据实际情况选择合适的建模方法，如二维平面模型或三维实体模型，并 建立相应的几何特征。此外，还需要根据结构的复杂程度和精度要求选择 适当的网格划分方法，如四面体网格、六面体网格或八面体网格等。 三、加载和边界条件的定义阶段 加载和边界条件的定义是指对模型施加外部载荷和约束条件，模拟真 实工况下的力学行为。例如，可以通过定义施加载荷的大小、方向和分布 方式来模拟实际工作状态下的负荷；同时，还需要定义与其他部件的接触、约束和固定等边界条件。 四、求解阶段 在完成加载和边界条件的定义后，即可进行求解过程。求解是基于有 限元法，将结构或部件划分成有限数量的元素，利用数学和力学原理对每
个元素进行离散描述，并通过求解相应的线性或非线性方程组得到模型的 应力、变形和其他相关结果。在进行求解之前，还需选择合适的求解器和 合理的控制参数，并进行模型的数值稳定性和收敛性分析。 五、后处理阶段 求解完成后，需要对计算结果进行后处理和分析。后处理包括对结果 数据的提取、整理和可视化，以便更直观地了解结构的应力、变形分布和 其他性能指标。同时，还可进行数据对比、灵敏度分析和优化设计等后处 理工作，从而得到一些有关结构性能和优化可能性的建议。 最后，根据实际情况和需求，可以将最终的结果汇总成CAE分析报告。该报告将包括前期准备、建模与网格划分、加载和边界条件的定义、求解 和后处理等各个阶段的详细过程、结果和分析，以及对结构性能和优化方 案的评估和建议。 总之，CAE分析报告是一个系统性的过程，需要经过前期准备、建模、加载和边界条件的定义、求解和后处理等多个阶段。只有在充分理解工程 问题和准确建立模型的基础上，才能得出准确和可靠的结果，并对结构性 能进行科学评估和优化设计。
cae分析报告
cae分析报告 CAE分析报告是一种基于数值模拟、力学分析和材料力学等方法，对于产品的性能进行评估和优化的工程分析方法。本报告将对某个产品的CAE分析结果进行详细介绍和分析。经过CAE分析，建议在产品的设计和制造过程中采用合适的材料和结构，以确保产品的性能和质量。 首先，对于材料的选择，通过CAE分析发现，目前使用的材料具有较高的强度和刚度，能够满足应力和振动的要求，但是存在一定的开裂和断裂的风险。因此，建议在材料选择时，考虑使用更具韧性的材料，以增加产品的抗拉伸能力和耐磨性，同时降低开裂和断裂的风险。 其次，在产品设计和制造过程中，需要考虑到产品的结构强度和刚度。通过CAE分析，发现当前产品在受力部位存在一定的应力集中，可能导致局部的破坏和失效。因此，建议在产品的设计过程中，增加受力部位的支撑和加强结构，以分散应力和提高产品的强度。另外，还可以考虑使用增加刚度的结构设计，以降低振动和共振的影响，提高产品的稳定性和寿命。 此外，在产品的制造过程中，需要注意制造工艺和表面处理的影响。通过CAE分析，发现产品的表面粗糙度对于摩擦和磨损的影响较大。因此，建议在制造过程中，采用适当的加工工艺，以提高表面的光洁度和平整度，降低表面粗糙度，从而减少摩擦和磨损。 最后，在产品的使用和维护过程中，需要进行适当的检测和修
复。通过CAE分析，发现产品的应力和变形会随着使用时间的增加而逐渐积累，可能导致材料疲劳和失效。因此，建议在产品的使用过程中，定期进行检测和维修，以及时发现和修复产品的疲劳和损伤。 综上所述，CAE分析报告提供了一种全面的工程分析方法，可以评估产品的性能和质量，并提供优化的建议。通过合理选择材料和结构设计，控制制造工艺和维护过程，可以提高产品的性能和寿命，降低故障和失效的风险。因此，在产品的设计和制造过程中，需要充分应用CAE分析方法，以确保产品的安全性和可靠性。
基于Autoform的连续变截面板冲压CAE分析
基于Autoform的连续变截面板冲压CAE 分析 作者：暂无 来源：《汽车与配件》 2015年第2期 文/ 张文彦 (上海拖拉机内燃机有限公司工程技术中心)刘帅辰 (湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室) 连续变截面板在实现汽车轻量化方面有其独特的优势，传统等厚板料的冲压成型CAE方法 由于无法考虑板料厚度的连续变化，使得其在连续变截面板的CAE分析中精度大打折扣。本文 建立了连续变截面板件的CAE仿真模型，借鉴了等厚板料的CAE分析手段，通过设置料厚多段 阶梯变化近似模拟连续变截面板料厚的连续变化，对连续变截面板纵梁进行了成形性分析与回 弹分析，模拟结果与实际零件冲压结果符合较好。 随着汽车行业对节能、降耗的愈加重视，在实现汽车轻量化方面有其独特优势的变截面板 应用更广，逐步打破了传统的汽车用板材一般是都单一材质、相同厚度的现状。变截面板的最 大特点是厚度、材质的非均匀性。目前变截面板主要分为两大类：激光拼焊板和连续变截面辊 轧板。 连续变截面辊轧板是利用近几年新兴的柔性轧制技术，通过计算机实时控制和调整轧辊的 间距来获取沿轧制方向上按预先定的厚度连续变化的板材。应用连续变截面辊轧板做车身覆盖 件时，需要在车身设计阶段考虑到加工中钢板各个部位的实际受力和变形以及整车的承载情况，从而确定覆盖件的厚度变化范围。例如可以在覆盖件受力较大或成形变形较大的部位增加板料 厚度，既保证了车身整体刚度又实现了汽车轻量化的目的。虽然连续变截面板有其独特的优势，但成型过程与模具设计方面的问题限制了其实际推广。 目前等厚板材冲压成型有限元分析与模具设计已经相当成熟，变截面薄板可以借鉴等厚板 材的分析、设计、制造经验。同时又需总结TRB材料自身的特点，建立新的设计准则。对于连 续变截面薄板的冲压仿真，由于厚度的连续变化造成板料变形模式，数学模型等都与等厚板不同，导致仿真的结果与偏差较大，使得零件调试难度增加，降低了企业生产效率。因此建立适 合变截面板料的冲压CAE方法对于其应用推广有重要作用。 本文以某前纵梁零件为例，提出一种基于Autoform连续变截面板冲压CAE分析方法。 板料成形数值模拟理论 Autoform软件是目前最为通用的板料成型有限元软件，采用隐式算法。在静态隐式算法中，认为板料成形是一个忽略惯性力的准静态过程。 目前常用牛顿法和修正牛顿法来求解非线性方程组问题，牛顿法在每次迭代中都需要形成 一个新的刚度矩阵，效率较低。在修正牛顿法中，在每一次迭代中用位移增量对几何构型进行 修正并计算一个新的载荷，节省了形成刚度矩阵的时间，效率较高。这两种方法有各自的优缺点，牛顿法的可靠性更高，但是修正牛顿法的计算效率更高。 CAE分析算例 如图1为某车型纵梁零件，该零件由连续变截面板冲压成型，板料厚度从两端的1.4mm过 渡到中间部位0.7mm。表1列出了TRB材料属性，其材质为H420LAD高强钢。
CAE理论知识
粘塑性有限元法主要用于热加工，因为在热加工过程中应变硬化效应不显著，板料变形对变形速度有较大敏感性。 AutoForm-Incremental 求解器应用了最新的有限元隐式算法，从而保证求解的迭代收敛，同时采用自适应网格、时阶控制、复杂工具描述的强有力接触算法、数值控制参数的自动决定和使用精确的全量拉格朗日理论（Total-Lagrange Theory）等保证快速求解和结果的准确性。 单元理论 根据众多的研究实践，可用于冲压成形有限元模拟分析的单元有三类：基于薄膜 理论的薄膜单元、基于板壳理论的壳单元和基于连续介质理论的实体单元。 1）薄膜单元 薄膜单元是C0型单元，其构造格式简单、对内存要求小，但其理论基础是基于平 面应力假设的薄膜理论，忽略了弯曲效应，考虑的内力仅为沿薄壳厚度均匀分布的平行于中面的应力，忽略弯矩、扭矩和横向剪切，分析弯曲效应比较明显的成形过程比较困难。 2）壳单元 一般壳体单元按照壳体几何形状描述方式分为曲面单元和平板单元。考虑消除剪 切自锁和零能量模态的方法，又分为许多不同的单元，其中以Hughes-Liu（HL）单元和Belytschko-Tsay（BT）单元最为著名。 3）实体单元 实体单元考虑了弯曲效应和剪切效应，而且也是0 C单元，其格式比薄膜单元还 要简洁，而且由于连续介质理论是三维理论，所以实体单元能处理三维成形问题。但同时利用实体单元进行冲压问题的分析，计算时间太长，尤其是在处理像汽车覆盖件冲压成形这样的复杂三维成形问题时，其效率过于低下。因此，除了在板料厚度较大必须使用实体单元外，像覆盖件这样复杂零件的冲压成形数值模拟一般不用实体单元。 算法格式 1）显式算法 显式算法包括动态显式和静态显式算法。动态显式算法的最大优点是有较好的稳定性，采用动力学方程的中心差分格式，不用直接求解切线刚度，不需要进行平衡迭代，计算速度快，也不存在收敛控制问题，所需内存也比隐式算法要少。 静态显式法基于率形式的平衡方程组与Euler前插公式，不需要迭代求解。由于平衡方程式仅在率形式上得到满足，所以得出的结果会慢慢偏离正确值。为了减少相关误差，必须每步使用很小的增量，通常一个模拟过程需要多达几千步。由于不需要迭代，所以这种方法稳定性好，但效率低。 2）隐式算法 静态隐式算法也是解决金属成形问题的一种方法。在静态隐式算法中，在每一增量步内都需要对静态平衡方程进行迭代求解。理论上在这个算法中的增量步可以
cae冲压材料参数说明
CAE冲压材料参数说明 1. 引言 冲压工艺是制造业中常用的成形工艺之一，决定了产品的质量和成本。而为了能够对冲压工艺进行精确的模拟和分析，CAE技术的应用变得非常重要。本文将详细探 讨冲压材料参数在CAE分析中的重要性和使用方法。 2. 冲压材料参数概述 冲压材料参数是指材料在冲压过程中所表现出的特性和性能参数。这些参数对于冲压成形的模拟和分析具有重要的影响，正确的材料参数能够提供准确的成形力学行为和变形预测，有效指导冲压工艺的优化和改进。 3. 材料的应力应变曲线 材料的应力应变曲线是冲压过程中最基础的材料参数之一。它描述了材料在受到外力时的应力和应变关系，可以用来理解材料的屈服强度、塑性行为和变形能力。在CAE分析中，应力应变曲线常被用来模拟材料的流动行为和变形预测。 材料的应力应变曲线一般由不同的试验方法获得，常见的有拉伸试验、压缩试验和剪切试验等。通过试验得到的应力应变曲线可以被用于模拟不同的冲压工艺，例如计算屈服限制、判断材料断裂点等。 应力应变曲线试验步骤： 1. 准备试样，根据不同需求选择相应形状和尺寸的试样。 2. 将试样固定在试验机上，确保试样在试验过程中不滑动和变形。 3. 施加外力，引起试样的变形。 4. 记录外力和试样变形的关系数据。 5. 根据数据绘制应力应变曲线。 根据应力应变曲线可以得到材料的屈服强度、极限强度、延伸率、断裂强度等参数，这对冲压模拟和分析非常重要。 4. 材料的流动应力模型 材料的流动应力模型是描述材料的流动行为的数学模型，通常用来预测材料在冲压过程中的变形行为。常见的流动应力模型有静平衡模型、动平衡模型和本构模型等。
CAE分析教程实例精华版
CAE分析教程实例精华版 CAE分析（Computer-Aided Engineering，计算机辅助工程）是一种基于计算机进行工程实验和分析的方法，它可以帮助工程师进行更精确、更高效的工程设计和优化。本文将介绍几个CAE分析的实例，并总结出实践中经常遇到的几个关键问题及其解决方法。 一、结构强度分析 结构强度分析是CAE应用领域中最常见和最重要的任务之一。它主要通过有限元方法对结构进行应力和应变分析，从而判断结构在工作状态下的强度是否满足设计要求。在进行结构强度分析时，需要注意以下几个问题： 1. 材料参数的准确性：材料的结构参数对强度分析结果有着重要的影响。在进行CAE分析之前，需要对材料的性能参数进行准确的测试和试验，以确保获取准确可靠的参数。 2. 边界条件的设定：边界条件是指结构模型与外部环境之间的约束关系。在进行强度分析时，必须准确地设定结构的边界条件，包括约束和荷载条件。只有在逼真的边界条件下，强度分析结果才能反映出结构的真实受力情况。 3. 结构模型的合理化：在进行CAE分析之前，需要对结构进行合理的建模。合理的模型可以减少不必要的计算量，提高计算效率。同时，结构模型的几何形状和尺寸也应与实际工程保持一致，以确保分析结果的可靠性。
二、热传导分析 热传导分析是指通过CAE方法对物体内部的温度分布和传导过程 进行模拟和分析。在进行热传导分析时，需要注意以下几个问题： 1. 材料的热性能参数：热传导分析需要准确的材料热性能参数，包 括导热系数、比热容等。这些参数的准确性直接影响到分析结果的准 确性。因此，在进行热传导分析之前，需要对材料的热性能参数进行 准确测试和试验。 2. 初始温度和边界条件：在进行热传导分析时，需要准确设定物体 的初始温度和边界条件。初始温度是指物体在开始分析时的温度状态，而边界条件包括约束和热流条件等。合理的初始温度和边界条件可以 保证分析结果的可靠性。 3. 网格划分和时间步长：在进行热传导分析时，需要对物体进行网 格划分，将其离散为一个个小单元，以进行计算。合理的网格划分可 以减少计算量，提高计算效率。同时，时间步长的选择也需要注意， 过大的时间步长会导致计算结果的不准确。 三、流体仿真分析 流体仿真分析是指通过CAE方法对流体介质中的流动、传热和传 质等过程进行模拟和分析。在进行流体仿真分析时，需要注意以下几 个问题：
汽车厚板料零件冲压成形分析及回弹计算(中国一汽)
中国第一汽车集团 汽车厚板料零件冲压成形分析及回弹计算 汽车上板厚大于5mm 的厚板料零件的冲压成形CAE技术在材料、工艺、计算和评估等方面都与薄板料零件有所不同，基于MSC.Marc 软件并结合作者在厚板料零件冲压成形CAE 分析方面的实际工作，对计算模型建立时需注意的问题如单 元选择、单元划分、屈服准则、硬化曲线、工况设定和回弹计算等进行了详细说明，并对厚板料零件上的伸长类翻边结构的成形极限问题进行了探讨。 随着我国汽车板料零件设计、制造水平的不断提高，薄板料零件冲压成形CAE 技术的应用已日趋成熟，相关产品的设计和制造部门针对不同软件及计算方法建立起了对应的材料、工艺、计算和评估方面的标准和规范。这些标准和规范经过实践的检验和修正，目前在产品设计和生产制造环节中得到了广泛应用。 与薄板料零件不同，对于板厚大于5mm 的厚板料零件，例如商用车车架横梁、 纵梁和加强板类零件，其在冲压成形、失效判定和回弹计算方面还没有一个明确的计算方法和分析思路，应用也远不如薄板料零件冲压成形CAE 技术广泛和成熟，这是与厚板料零件冲压成形的特点及其CAE 技术有关的。 目前国内针对这方面的研究相对少，这部分工作也有进一步研究和完善的必要，为此作者将近年关于厚板料零件冲压成形CAE 技术方面的工作进行了总结，并 对其中一些具体问题进行了深入探讨。当然由于个人能力有限并且所面对问题又是行业内公认的“顽疾”，因此所做的工作远没有达到解决精确回弹计算的程度。 本文所讨论的相关内容都是基于MSC.Marc 平台的，选择MSC.Marc 软件除了非线性计算功能方面的考量外，更主要的是作者有十年以上该软件的使用经验，对于成形和回弹计算模型的精度和效率的控制有一定把握。 1 厚板料零件冲压成形及其CAE 技术的特点 与薄板料零件相比厚板料零件在冲压成形及其CAE 技术方面有如下特点： 1)从材料方面讲，厚板料零件的材料一般采用热轧碳素钢板或热轧低合金高强度钢板。与冷轧薄板料相比，热轧厚板料的表面质量差、厚度公差大、材料力学性能不稳定，并且由于材料的延伸率较低，获得有效硬化曲线数据的应变范围较窄(工程应力达到抗拉强度之前的部分有效)，硬化曲线一般不采用真实应力应变曲线，而是采用幂指函数来替代。 2)厚板料零件一般是以梁类结构件为主，其成形方式主要为弯曲，并伴有局部的伸长类或压缩类翻边，少数情况下还包括胀形。成形时一般不采用压边圈，但都
板料成形CAE技术与其应用
板料成形CAE技术及应用 长期以来，困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期，特别是对于某些特殊复杂的板料成形零件，甚至制约了整个产品的开发进度，而板料成形CAE技术及分析软件的出现，有效地缩短模具设计周期，大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本上提高了企业的市场竞争力。 一、前言 计算机辅助设计技术以其强大的冲击力，影响和改变着工业的各个方面，甚至影响着社会的各个方面。它使传统的产品技术、工程技术发生了深刻的变革，极大地提高了产品质量，缩短了从设计到生产的周期，实现了设计的自动化。 板料成形是利用模具对金属板料的冲压加工，获得质量轻、表面光滑、造型美观的冲压件，具有节省材料、效率高和低成本等优点，在汽车、航空、模具等行业中占据着重要地位。由于板料成形是利用板材的变形得到所需的形状的，长期以来，困扰广大模具设计人员的主要问题就是较长的模具开发设计周期，特别是对于复杂的板料成形零件无法准确预测成形的结果，难以预防缺陷的产生，只能通过经验或类似零件的现有工艺资料，通过不断的试模、修模，才能成功。某些特殊复杂的板料成形零件甚至制约了整个产品的开发进度。 板料成形CAE技术及分析软件，可以在产品原型设计阶段进行工件坯料形状预示、产品可成形性分析以及工艺方案优化，从而有效地缩短模具设计周期，大大减少试模时间，帮助企业改进产品质量，降低生产成本，从根本上提高企业的市场竞争力。 板料成形CAE技术对传统开发模式的改进作用可以通过图1 和图2进行对比。
图1 传统板料成形模具开发模式 图2 CAE 技术模具开发方式 通过比较，就可发现板料成形CAE技术的主要优点。 (1)通过对工件的可成形工艺性分析，做出工件是否可制造的早期判断；通过对模具方案和冲压方案的模拟分析，及时调整修改模具结构，减少实际试模次数，缩短开发周期。 (2)通过缺陷预测来制定缺陷预防措施，改进产品设计和模具设计，增强模具结构设计以及冲压方案的可靠性，从而减少生产成本。 (3)通过CAE分析可以择优选择材料，可制造复杂的零件，并对各种成形参数进行优化,提高产品质量。 (4)通过CAE分析应用不仅可以弥补工艺人员在经验和应用工艺资料方面的不足，还可通过虚拟的冲压模拟，提高提高工艺人员的经验。 二、板料成形需要解决的问题 板料成形通过模具对板料施加压力，使板料产生永久性的塑性变形，以获得预期的产品形状。在这个过程中影响板材变形的因素非常多，要控制好变形的形状也非常困难。首先，金属受外力作用会发生变形，变形可分为弹性变形和塑性变形，弹性变形是可逆的，外力去除后变形体就会恢复成原来的形状；第二，材料的成分和组织对变形影响极大；第三，塑性变形有多种方式，再结晶温度下的塑性变形有晶内滑移和孪动、位错（位错分多种形式），再结晶温度上的塑性变形有晶间滑移、多晶体扩散和相变变形等；第四，变形温度、变形速度的影响；第五，变形体内部应力状态的影响；第六，摩擦与润滑的影响；第七，材料塑性变形后，当变形体内部各部分变形不一致时，