连续变截面横梁回弹特性及控制

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1、第27卷第1期机械设计V01．27No．12010年1月JOURNALOFMACHINEDESIGNJan．2010连续变截面横梁回弹特性及控制姜银方，王勇良，袁国定，李新城，史德旗(江苏大学机械工程学院，江苏镇江212013)摘要：连续变截面板各处厚度不同，冲压成形后的回弹特性与等厚板有很大差异，如何减小回弹并使各处回弹趋于平衡成为连续变截面板应用中的重要问题。利用大型通用有限元软件ANSYS及其参数化设计语言APDL，通过编程建立横梁的变截面有限元模型；利用ANSYS／LS—DAYNA对连续变截面横梁和等厚板冲压卸载后的回弹进行了数值模拟

2、：模拟结果分析表明：变截面板的回弹规律与等厚板的回弹规律有很大不同；最后利用分块压边圈技术，使横梁的回弹量趋于平衡，同时使整体回弹量下降。关键词：连续变截面板(TRB)；汽车横梁；回弹；压边力；回弹控制中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1001—2354(2010)O1—0010—04汽车轻量化技术包括汽车结构的合理设计和轻量理论对其仍然是有效的。此外，对于连续变截面板，由化材料的使用两大方面。从轻量化用材的角度来看，于各处厚度不同，必然在长度方向产生一个应力L4]，使除了不断研制新材料外，更重要的是在目前材料的基长度方向各处的回

3、弹相互制约，这是其不同于等厚板础上不断改进材料加工技术，来实现汽车轻量化的目回弹的地方。标。连续变截面板技术正是在这一背景下诞生的。文中利用大型通用软件ANSYS及其APDL语言连续变截面板由于其厚度分布能够随载荷分布连对梁进行参数化建模并对厚度进行优化；利用续变化的特点，具有等厚度板和拼焊板无可比拟的优ANSYS／LS—DAYNA对连续变截面横梁冲压卸载后的势，是目前汽车轻量化的重要途径之一。20世纪90回弹进行了数值模拟，将其结果与等厚度板结果进行年代初开始，一种类似激光拼焊板的新工艺，即由新的对比，找出连续变截面板的卸载回弹规律；同时研

4、究了轧制工艺生产的连续变截面薄板(TailorRolled整块压边力和分块压边力作用下连续变截面板弹。Blanks，TRB)最早在德国亚琛工业大学金属成形研究并进一步研究随位置不同变压边力作用对横梁回弹的所被开发出来⋯。它的核心技术是“柔性轧制”(Flex．控制效果，通过对比，找出其规律。最终达到减小横梁ibleRolling)，即在钢板轧制过程中，可以通过计算机回弹量，并使各处的回弹量趋于平衡的回弹控制效果。实时控制和调整轧辊的问距，以获取沿轧制方向上按预先定制厚度连续变化的板材。1横梁厚度优化和有限元模型的建立虽然TRB在其板料轧制方向具

5、有连续变化的截面形状，但是用其制造的梁类u形件，冲压成形的主1．1横梁厚度优化要问题仍是卸载后的回弹。相对于等厚度板，变截面以某型汽车前地板座椅下比较典型的横梁为研究板由于其各处厚度不同，各处的回弹量必将存在差异，对象，横梁长700mm，厚1．5mm，承载面宽50mm。回弹问题更加复杂』。截面具体尺寸如图1所示。影响回弹的因素很多，主要考虑压边力对回弹的其上面受到的载荷为驾驶影响。增加压边力可使板料产生很大的张力，从而使员和座椅的压重力，取驾驶员的板料产生较大的拉伸作用，使内外层应力趋向一致，减质量为100kg，座椅质量为30小弯矩从而减小回

6、弹jJ。因此在一定的范围内，较大kg，考虑到汽车运动中由于路面的压边力能够有效地减小板料的回弹。变截面板虽然不平的冲击及担负一定的横向在板长方向厚度有变化，但厚度变化较小，在微小单位图1汽车横梁截面示意图刚度，取安全系数_厂=2．4。则其截面内可以看作是等厚板。因此，等厚板的弯曲回弹上端面所受面载荷为：收稿日期：2009—03—19；修订日期：2009—07—15基金项目：江苏省高校自然科学基金资助项目(05KJD460044)作者简介：姜银方(1962一)，男，江苏镇江人，教授，博士，主要从事板料成形及模具方面的研究，出版专著6部，发表论文

7、6o余篇。2010年1月姜银方，等：连续变截面横梁回弹特性及控制特征，可加平面和法向载荷。对于回弹模拟而言，成p：：=87360(1)i2形过程中弯曲应力场的模拟至关重要，为了提高弯曲式中：p——横梁上端面受到的面载荷，Pa；应力的模拟精度，一个有效的方法是适当地增加材料F——驾驶员和座椅的重力，N；厚度方向的高斯积分点数，文中将积分点数定为5。s——横梁上端面有效承载面积，m；m1，——驾驶员和座椅的质量，kg；图3a为横梁网格化后的有限元模型。利用／eshape，10z1，如——横梁承载面的长度和宽度，m。命令，可以显示板料壳单元的厚度，

8、图3b为将厚度放首先应用ANSYS的APDL语言对梁的厚度进行大10倍后显示的效果图。参数化建模，然后利用其优化模块，以板厚函数的参数作为优化变量，以其受载后最大V