广义成形理念之汽车覆盖器起皱缺陷概述

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1、广义成形理念之汽车覆盖器起皱缺陷概述1绪论1.1引言汽车工业是一个国家工业水平的重要衡量标志，是主要工业发达国家和新兴工业国家国民经济的支柱产业。汽车的研发、生产、销售体系有很强的产业关联性，汽车工业的繁荣可以带动国家整体经济、交通、人民生活质量等方面的全面进步。2009年以来，我国汽车产销量己连续4年位居全球第一，成为世界汽车产销第一大国⑴，汽车工业己经成为我国国民经济重要的支柱产业。2012年末我国私人汽车保有量达9309万辆，比2011年增长了18.3%[2]。虽然我国己成为世界汽车销售大国，但汽车研发制造强国仍是德国、

2、美国等传统汽车工业国家。随着汽车保有量的逐年增加，人们对汽车高品质和高性能的需求推动着汽车产业整体的髙速发展，也对汽车开发商和制造厂家产生了巨大的压力与推动力。缩短汽车研发周期、提高汽车品质及乘坐舒适性、加快汽车更新换代速度己成为在日益激烈的汽车市场中立足的决定性因素。汽车覆盖件是构成汽车主要外观形态的薄板受力零件。大多数汽车覆盖件是由空间构造复杂、成形尺寸较大、板料厚度较小的自由曲面构成，板料在冲压过程中容易出现各区域受力不均的情况，产生起皱、破裂、拉延不足等表面成形缺陷[3]。此外，由于汽车覆盖件的成形质量直接决定汽车外部

3、表面的成形质量，因此对覆盖件的成形质量要求非常高。在传统的覆盖件成形过程中，通常利用调整冲压变量、修改模具等需要较长生产周期的试验手段达到消除表面成形缺陷的目的，对汽车产品的开发成本、更新周期和汽车企业的市场竞争力有着直接影响。随着数值分析、塑性成形理论、冲压仿真技术的不断发展，数值模拟仿真技术已经广泛应用于板料冲压成形分析领域，有力地推动着板料塑性变形的研究发展。在利用数值模拟仿真技术分析汽车覆盖件的冲压成形过程时，可以比较准确地预测冲压变量的变化对板料成形过程的影响，并以该分析结果为依据对工艺参数、模具结构等进行相应修正使

4、冲压件符合产品要求。利用数值模拟技术可以缩短汽车的研发周期、减少模具实际时间、降低产品的生产成本，因此，汽车覆盖件的冲压成形仿真研究具有重要的学术和经济价值。1.2板料成形仿真技术的研究概况板料成形仿真技术的发展可追溯到20世纪60年代，它的发展依赖于有限元理论、非线性连续介质力学理论和计算机技术的发展。Clough教授在1960年首次提出了有限元法（FiniteElementMethod,简称FEM)这一概念[4]。有限元法的基本求解思想是将连续表面划分为有限个单元集合，在单元内根据微分方程求解，并兼顾各个单元之间的作用利用

5、钢塑性有限元法模拟板料拉深的冲压成形过程。1978年，Kim和Kobayashil8]基于轴对称理论，用钢塑性有限元法分析了正交各向异性材料的胀形问题。同年，akinouchili3等人利用有限元模型对汽车覆盖件的模具模拟仿真系统发展进行了研究，、法国的PAM-STAMP己经能够比较准确地模拟覆盖件冲)玉成形过程。2起皱缺陷分析的相关理论与工具应用2.1概述由于现有的板料冲压仿真分析软件中没有针对起皱缺陷进行成形状态具体判定的软件功能，在对汽车覆盖件表面起皱缺陷进行分析时，需要利用相关的理论依据以及相应的工具，在KMAS-SF

6、T软件中建立相应起皱分析流程对表面起皱缺陷进行分析。起皱分析的主要理论依据是广义成形理论和在变形分析时需要考虑的成形极限曲线。在完善起皱分析模块功能时，需要用到Lex工具和agic4几何工具库中相关部分编写、生成代码。此外，在DYNAFORM软件中可以完成汽车覆盖件的冲压成形仿真分析以及对起皱缺陷的手动分析。2.2广义成形理论广义成形理论（UniversalFormabilityTheory)是福特公司许言午[51]在多年的实际工程经验基础上，结合经典塑性成形理论，建立的对冲压金属件成形质量的描述理论，它主要阐述了板材在成形过

7、程中的力学特征，以及不同表面缺陷的产生机理、缺陷形态、评定依据和消除方法。在利用有限元方法对板料成形进行仿真分析中，需要计算板料成形过程中的应力、应变和位移等相关信息。在计算等效应力应变的过程中，需要考虑板料的各向异性问题。厚向异性系数是评定板料压缩类成形性能的一个重要参数，它反映了板料在平面方向与厚度方向应变能力的差异。iM直的大小，除决定于材料的性质外，也随拉伸试验中伸长率的增大而变化。经札制的板料在其纵向和横向的力学性能不同，在不同方向上的值也不同。3汽车覆盖件起皱缺陷的分析..........193.1概述......

8、....193.2冲压仿真数据预处理..........213.2.1后处理文件的分析..........233.2.2后处理文件的读取..........233.3成形性状态的判定..........243.3.1起皱关注区的划分..........243.3.2起皱高度的