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高强度钢板热成形工艺及多物理场耦合分析研究
| 论文题名： | 高强度钢板热成形工艺及多物理场耦合分析研究 |
| 关键词： | 车身钢板;热成形工艺;多物理场;耦合分析;数值模拟 |
| 摘要： | 在汽车车身上应用高强度钢板是实现汽车轻量化、提高汽车碰撞安全性的有效途径之一。但随着钢板强度的提高，其成形性能大大下降，常规的冷冲压工艺很难实现其成形。而热成形工艺利用金属板料热塑性变形的特点，在高温下对板料进行成形，极大的提高了材料的成形性能，解决了高强度钢板在冷冲压条件下难以成形的缺点。该技术结合了传统的板料成形工艺与材料热处理淬火工艺，整个过程涉及板料、模具、冷却系统和周围环境之间的换热，板料在成形与淬火的同时，其应力场和温度场不断发生变化，并伴随着内部微观组织的转变。因此研究热成形多物理场耦合分析方法，探讨工艺参数对热成形工艺的影响规律，对制定合理的热成形工艺及其在实际中的应用具有十分重要的指导意义。 本文根据高强度钢板热成形过程中换热形式及内容的变化，分析了板料转移、冲压和保压淬火阶段温度场分析的特点及方法。通过有限元软件ABAQUS对U型件的冲压过程进行热力耦合分析，阐述了板料在冲压过程中的温度场和应力场分布特点及变化规律，并探讨了主要成形工艺参数板料初始温度和冲压速度对热成形工艺的影响。 在此基础上，针对热成形过程中的流体-固体、固体-固体共轭传热问题，提出了热成形热流固耦合模拟方法。在该方法中，使用结构力学软件ABAQUS模拟分析板料与模具之间的接触换热及两者内部的热量传递与热应力，同时利用流体力学软件FLUENT模拟分析模具内冷却水的流动与换热，然后通过集成软件平台MpCCI(Mesh-based parallel Code Coupling Interface)将两者联系在一起，对保压淬火过程进行热流固耦合分析，并基于该方法模拟研究了冷却水流速、冷却水温和保压压力对热成形工艺的影响。 最后，以高强度硼钢板USIBOR1500为试验材料，依据仿真分析结果制定热成形工艺对汽车前立柱下角撑进行试验试制，并对其中部分热成形件进行微观组织分析和力学性能测试。试验结果表明:经过热成形工艺加工后，得到的组织为均匀板料状马氏体，力学性能得到了极大的提高，验证了工艺参数的合理性，证明采用上述数值模拟方法可以很好地指导热成形工艺的设计。 |
| 作者： | 王晨磊 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 谢晖 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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