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1、122011年1月中国制造业信息化第40卷第1期汽车侧门防撞杆热冲压有限元仿真分析施磊,余本善,林辉,黄宜松(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640)摘要:建立了防撞杆热冲压的力学模型和有限元分析模型,对整个热冲压成形过程进行有限元数值模拟,分析了压边力、摩擦系数等工艺参数对热冲压模拟的影响,得到了相关部件的应力、应变以及温度场分布规律。关键词:热冲压;侧门防撞杆;有限元分析中图分类号:TH16;U260.32文献标识码:A文章编号:1672-1616(2011)01-0012-06钢板热冲压过程的有限元仿真要求计算应力热冲压有限元仿真分析,首先
2、要根据已知场和温度场的耦合,属于高度非线性、准静态以及CAD数据建立几何模型,使用三维设计软件CA2复杂接触问题的模拟。在有限元仿真之前,必须根TIAV5建立防撞杆凹模几何模型。然后根据几据钢板热冲压实际的物理过程建立合理的力学模何模型建立有限元模型,将CATIAV5建立的结型。材料参数、单元选取、网格划分、边界条件、约合模型导入到PAMSTAMP2G,整个热冲压过程束、载荷、接触等因素综合影响有限元分析模型的的前期准备包括确定单元模型、材料模型参数、网[1-2]可信度。格划分、定义接触和约束等内容都将在此软件中设对钢板进行热冲压有限元仿真,其意义在于通定。最
3、后提交PAM-AUTOSAMP求解器计算。过相关模拟结果来预测目标零件的成形性以及在在建立有限元模型时,需要对模型进行必要的简化整个过程中的应力、应变以及温度分布情况,从而处理,这样不仅可以提高计算精度,而且能节省运指导实际的热冲压过程。算时间和运算空间。建立经济有效的防撞杆热冲压有限元分析模具体的热冲压模拟流程如图1所示。型,利用动力显式算法求解准静态问题,在大变形条件下引入压力相关的接触热导传热模型并结合2侧门防撞杆热冲压模型的建立材料本身性质,得到防撞杆的应力、应变、温度分布2.1数值模拟相关参数的确定以及冲压件的温度分布规律。板料的热冲压相关参数包括工
4、艺参数、材料的基本参数以及特有的热物性参数。其中工艺参数1热冲压数值模拟流程主要包括凸模的运动描述、压边力、凸凹模圆角等;PAMSTAMP2G是目前3大用于模拟板料成材料的基本参数包括弹性模量、密度、泊松比、不同形的软件之一,可以计算热力耦合问题,本文在温度条件下的应力应变等;热物性参数包括材料的PAMSTAMP2G的基础上,采用显式算法和显示热容系数、热传导系数、热耗散系数等。动力格式,为用户提供在实际工业条件下,如考虑a.模具运动速度。防撞杆在热冲压的过程中,重力影响、压料过程、多步成形、深拉延、切边、翻边包括2个步骤,第一步为压边阶段,这一阶段压边和回弹
5、等复杂情况下冲压成形模拟的可视化。圈快速移动进行压边,速度相对比较快,本文选用由于热冲压模拟过程是一个热力耦合的计算压边速度为5mm/ms。第二步为冲压阶段,凸模向过程,所以相较于普通的冷冲压,会有计算热传导下移动进行冲压。描述凸模的运动情况可以施加矩阵、计算热容矩阵和生成热流矢量等过程,在实成形力,通过位移—时间曲线或者速度—时间曲线际计算中,相对冷冲压而言,热冲压的计算时间和来实现,本文采用图2速度—时间曲线来描述凸模计算空间会成倍的增加。的运动。收稿日期:2010-08-17作者简介:施磊(1986-),男,江苏张家港人,华南理工大学硕士研究生,主要研究
6、方向为车身结构与安全。·现代设计与先进制造技术·施磊余本善林辉等汽车侧门防撞杆热冲压有⋯⋯13图1热冲压模拟流程表1板料的力学参数弹性模量泊松比密度ρ/各相异性指数材料ν-3E/MPa(t·mm)R0R45R90硼钢210E60.37.8E-90.7080.5840.482图2冲压阶段的凸模运动曲线b.压边力。目前压边力的确定还没有成熟的公式,主要靠经验公式取得。本文施加压边力根据实际工业压边力,范围控制在600～1200kN之间。c.材料参数。防撞杆的毛坯材料选用某公司提供的硼钢,其基本的力学参数见表1。在热冲压图3板料在不同温度条件下应力应变曲线仿真的过程
7、中,最重要的仿真结果就是在不同温度d.附加热系数。下材料的应力应变曲线,图3为硼钢在不同温度曲热冲压仿真过程中,重要的参数为热物性系线下的应力应变曲线,观察板坯材料的流变学数数,其主要包括:据,可以得到一个规律:随着温度的升高,材料流动(1)材料热容系数Cp=Energy/(mass×tem2应力降低,即温度越高,材料强度会降低,相对变perature),材料的热容系数有2种定义方式,一是采用定值的材料热容系数,另一种是采用随温度变软。142011年1月中国制造业信息化第40卷第1期化的材料热容系数。本文采用定值的材料热容系得更加敏感。下面主要讨论压边力以及摩
8、擦系数数。对热冲压模拟的影响。(2)热
