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激光拼焊板焊缝建模与冲压成形基础研究

宋燕利  
【摘要】:近年来,随着汽车轻量化要求的不断提高,激光拼焊板在汽车车身覆盖件的制造中得到了较为广泛的应用。然而,由于焊缝对母材的拘束作用,拼焊板的冲压成形性较普通板的有一定程度的降低。也就是说,拼焊板在塑性成形时的裂纹起裂时刻较普通板的要早一些,这在很大程度上限制了拼焊板应用领域的进一步拓宽。如何提高拼焊板的成形性已成为拼焊板冲压成形技术中亟待解决的主要问题之一。因此,研究拼焊板的成形和失效规律,揭示拼焊板塑性变形和裂纹起裂的机理,进而提高拼焊板的成形性是一项具有重要科学价值和实践意义的课题。本文旨在通过理论分析、有限元仿真模拟辅以试验验证的方法,探讨激光拼焊板成形性和裂纹起裂的主要影响因素,寻求提高拼焊板成形模拟和缺陷预测精度、改善拼焊板成形性的途径。研究成果可为企业制定合理的拼焊板制造和冲压工艺提供理论依据。本文的主要研究内容如下: (1)基于Erichsen杯突试验和有限元仿真模拟,研究不同的屈服模型和硬化模型对板料冲压有限元仿真精度的影响规律。 (2)通过小尺寸拼焊板试样的单向拉伸试验和混合法则,建立拼焊板的均质焊缝模型;分别通过理论计算法和纳米压痕法,建立考虑宽向不均匀力学性能特征的非均质焊缝模型;研究焊缝的均质模型和非均质模型对拼焊板成形模拟和缺陷预测精度的影响规律。 (3)基于有限元仿真模拟,系统地研究凸模冲压速度、拼焊板与工具各接触面之间的摩擦系数、压边圈类型、压边力大小以及焊接方向与母材轧制方向之间的夹角等冲压工艺参数对同质等厚、同质差厚和异质等厚等不同组合类型的拼焊板成形性的影响规律;优化拼焊板在拉胀成形中的冲压工艺参数。 (4)基于有限元仿真模拟,系统地研究母材间的强度比和厚度比等对拼焊板成形性的影响规律,提出异质等厚拼焊板(或同质差厚拼焊板)的Erichsen杯突值(IE值)可以通过它们的母材强度比(或厚度比)以及相同冲压工艺参数下同质等厚拼焊板的IE值计算获得。系统地研究焊缝金属的强化系数、硬化指数和延伸率等塑性参数对拼焊板成形性的影响规律,并与塑性参数对母材普通板的影响规律作对比。 (5)基于Erichsen杯突试验和有限元仿真模拟,研究拼焊板在双向拉伸变形中的裂纹起裂模式以及不同起裂模式之间的转变过程;建立同质等厚拼焊板裂纹起裂位置与焊缝初始偏置量之间的函数关系。研究拼焊板裂纹起裂模式与应力、应变和板料厚度分布之间的关系,揭示拼焊板在双向拉伸变形中裂纹起裂的作用机理。


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