基于二次多项式新本构模型的铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限研究

针对铝合金焊缝性能低于母材、现有成形极限分析方法不适宜分析铝合金搅拌摩擦焊板材成形极限的现状,提出了一种基于二次多项式新本构模型的铝合金拼焊板成形极限理论模型。核心思想为利用材料自身的性能差异替代经典M-K理论模型的沟槽假设。针对铝合金硬化指数低、幂指数回归精度差的问题,将二次多项式新本构模型应用于M-K理论模型,最终建立了适合于铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的成形极限理论预测模型。对铝合金搅拌摩擦焊板材进行了成形极限实验,并通过XJTUDIC三维数字散斑应变变形测量系统实时测量变形过程中的应变值,得到了铝合金搅拌摩擦焊拼焊板的实验成形极限图。最后对实验结果和理论分析结果进行了对比。相比传统的幂指数本构模型,二次多项式对应力-应变曲线的回归,无论在初试屈服阶段或后期变形阶段均有很好的吻合精度。幂指数最大拟合误差超过12%,而二次多项式的拟合误差小于1%,二次多项式回归模型能很好地拟合铝合金搅拌摩擦焊接接头的应力-应变关系;采用二次多项式本构关系的理论模型能很好地预测铝合金搅拌摩擦焊板材的成形极限,第一主应变的预测误差小于0.01;而幂指数理论模型则导致平面应变状态下的极限应变预测结果明显不准,在相同应变路径下第一主应变的预测误差达0.14。     

差厚拼焊板成形性的单向拉伸试验

拼焊板的成形性能不同于单一材料的板料,研究其成形性能有利于改进拼焊板的成形工艺.单向拉伸试验作为一种有效和实用的材料性能测试方法被用于研究拼焊板的成形性能.针对拉伸试验设计了母材和拼焊板的试样并进行了相关试验,获得了不同拼焊板的强度和塑性性能并对结果进行了讨论.试验结果表明,拼焊板的单向拉伸强度介于较高强度母材与较低强...     

基于人工神经网络的拼焊板成形极限图预测

成形极限图(FLD)是评价金属板材成形能力的重要工具。为快速的建立拼焊板(TWB)成形极限图,建立基于人工神经网络(ANN)拼焊板FLD的预测模型。采用试验设计和有限元法获得训练样本,L-M算法对样本数据进行训练,建立了FLD预测模型并与物理试验结果对比。基于预测模型,分析了摩擦系数对拼焊板最小极限应变的影响。结果表明,基于ANN预测的拼焊板FLD与试验结果吻合,主应变的相对误差最大为8.71%。摩擦系数f对最小极限应变影响较大,f从0增大到0.12时,最小极限应变先增大后减小,并在摩擦系数f=0.06附近出现极小值。     

母材板厚差异对直线焊缝拼焊板成形能力的影响规律

通过Dynaform数值模拟仿真技术,在验证了仿真模型可靠性的基础上,对同材差厚拼焊板的胀形过程进行了研究。在板料胀形过程中,分析了两侧母材厚度变化对极限成形高度、最大焊缝移动量及应变分布的影响,并运用遗传算法(GA)对仿真数据进行拟合,获得了母材厚度与极限成形高度、最大焊缝移动量之间的数学关系式。利用MATLAB的GUIDE模块设计人机交互界面。研究表明:在固定薄侧母材厚度时,拼焊板极限成形高度与板厚比成负相关关系,最大焊缝移动量与板厚比成正相关关系;但在固定厚侧母材厚度时,这些规律已不再适用,此时薄侧板厚和平均板厚对成形有很大影响。此外,随着板厚比的增大,应力集中在薄侧,且破裂位置逐渐向焊缝处靠近,当板厚比超过1.7后,成形过程变得不稳定。因此在拼焊板成形过程中应合理选择板厚搭配,进而提高拼焊板的成形能力。     

摩擦对汽车零件拼焊板成形行为影响

为了提高拼焊板成形性能,通过改变成形过程中模具与板料之间的摩擦以控制其成形特征。以极限胀形高度试验为研究对象,采用理论方法分析了摩擦系数对拼焊板成形行为影响的力学机制。结合试验和有限元法研究了摩擦系数对拼焊板极限胀形高度、焊缝移动及应变分布等的影响。结果表明:摩擦系数对拼焊板成形行为有显著影响,随着摩擦系数的增大,极限胀形高度先增大后逐渐减小,而焊缝移动量则一直减小,拼焊板主应变分布逐渐变得均匀;当摩擦系数增大到一定值时,极限应变位置突然从焊缝临近位置转变为距焊缝约30.0mm位置的薄侧母材上,拼焊板失效模式发生了变化。     

摩擦对汽车零件拼焊板成形行为影响

为了提高拼焊板成形性能,通过改变成形过程中模具与板料之间的摩擦以控制其成形特征.以极限胀形高度试验为研究对象,采用理论方法分析了摩擦系数对拼焊板成形行为影响的力学机制.结合试验和有限元法研究了摩擦系数对拼焊板极限胀形高度、焊缝移动及应变分布等的影响.结果表明:摩擦系数对拼焊板成形行为有显著影响,随着摩擦系数的增大,极限胀形高度先增大后逐渐减小,而焊缝移动量则一直减小,拼焊板主应变分布逐渐变得均匀;当摩擦系数增大到一定值时,极限应变位置突然从焊缝临近位置转变为距焊缝约30.0 mm位置的薄侧母材上,拼焊板失效模式发生了变化.     

拼焊板成形极限研究进展

板料厚度和性质差别以及焊缝的存在改变了传统的单一板材塑性成形中的金属流动规律,使得拼焊板成形极限表现出自己的特点.当前国外学者初步研究了材料厚度比、载荷形式、轧制方向等若干因素对拼焊板成形极限的影响规律;拼焊板的成形极限图目前主要通过实验法建立.拼焊板成形极限的主要影响因素及其影响规律、拼焊板成形极限图的建立方法有待深入研究.     

基于Norton-Hoff粘塑性理论的铝合金拼焊板成形性能预测与实验研究北大核心CSCD

铝合金拼焊板是汽车轻量化技术的重要发展方向之一,其成形性能是关键的性能指标参数。采用基于Norton-Hoff粘塑性理论的有限元方法,模拟了AA5754铝合金拼焊板极限拱顶高度实验的成形过程。分析了成形高度分别为20和29 mm时,铝合金拼焊板中应变和位移的分布情况,预测了AA5754铝合金拼焊板的成形性能。在极限拱顶高度实验中,等效应变沿着成形轮廓线路径呈M形对称分布,最大等效应变出现在冲头与板材接触的边缘位置。有限元预测结果与实验结果有着较好的吻合度,极限拱顶高度实验得出,铝合金拼焊板的LDH值为29.5 mm,断裂位置位于冲头与板材接触的边缘。     

激光拼焊板成形极限的预测方法研究

激光拼焊板成形极限图(FLD)目前主要由试验法获得,但试验法由于其局限性,在实际应用中受到很大的限制。该文介绍了一种预测板料发生颈缩的新准则——厚度梯度准则,该准则基于当板料发生颈缩时沿垂直于颈缩方向的厚度梯度分布上存在着临界值C;在板料成形过程中,当其厚度梯度值小于临界厚度梯度值C时,板料发生颈缩。采用eat/Dynaform软件仿真了高强度钢B170P1激光拼焊板的凸模胀形试验,基于厚度梯度准则有限元计算获得了其成形极限图。获得的激光拼焊板FLD与通过凸模胀形试验法得到的结果进行了对比分析。与试验得到的数据吻合较好,从而证实了该方法的正确性和有效性。     

基于数值模拟的激光拼焊板渐进成形性能研究

渐进成形技术是近年发展起来的一种新的板料成形方法,将该技术应用到激光拼焊板成形领域的研究还很少。以某圆台零件为研究对象,建立了激光拼焊板有限元模型。通过正交试验研究了工具头直径、下压量、拼焊板焊缝位置和板厚组合对激光拼焊板的成形性能的影响。结果表明,焊缝位置对激光拼焊板成形极限的影响最为显著,其次为下压量、板厚组合和工具头直径,并得出了最优工艺参数组合。在保证零件加工精度及满足设备成形能力的前提下,尽量提高下压量不仅有助于提高激光拼焊板成形效率,还能有效提高成形极限。结果能为渐进成形工艺参数的选择提供参考。     

基于GTN损伤模型的双相钢激光拼焊板冲压成形失效行为研究

建立了模拟拼焊板冲压成形失效的Gurson-Tvergaard-Needleman(GTN)损伤模型,用有限元反推法确定了接头各分区的损伤参数。对不同热输入拼焊板进行了极限拱顶高度有限元模拟,分析了其变形和断裂失效行为。结果发现:基于GTN损伤模型的极限拱顶高度试验有限元模拟能够获得较为准确的拼焊板冲压成形性能,并反映拼焊板的软化区或焊缝两种断裂失效模式;低热输入拼焊板冲压成形初期的高应力三轴度有利于减缓软化区的变形过程,起到"约束"软化区变形的作用,焊缝区最先发生断裂失效。     

DP780高强双相钢激光拼焊接头GTN损伤模型参数标定

为了获得DP780高强双相钢激光拼焊接头的模拟参数，根据混合法则对激光拼焊接头进行区域细化，采用ABAQUS有限元仿真软件对母材、焊缝和纵向接头的拉伸实验以及极限拱顶高度实验进行了有限元建模，依据拉伸实验的工程应力-工程应变、拉伸试样断裂位置及拼焊板断裂失效模式结果并结合有限元反推法，确定了接头各区域的GTN损伤模型参数，从而对横向接头的拉伸实验和极限拱顶高度实验进行了模拟。结果表明：不同热输入下接头的拉伸实验曲线与模拟曲线、模拟断裂位置与实际断裂位置较吻合；拼焊板失效时的极限拱顶高度值与实验值相接近；拼焊板失效模式与实验结果相一致。     

轿车拼焊板板厚对胀形成形的影响

汽车不等厚拼焊板由于其板厚的分布不同,制造成形的不均匀是目前拼焊板应用中的一大问题,本文从胀形成形入手,建立了拼焊板胀形试验模型及其有限元仿真模型,通过试验对有限元模型进行修正使其结果符合试验模型的结果,并结合有限元模型分析结果对不同板厚拼焊板的塑性变形能力进行了研究和讨论,着重分析了板厚相同和板厚不同拼焊板在厚度分布、成形极限图方面的差异,并解释了造成这种差异的原因.     

激光拼焊板成形性能的数值模拟研究

在拼焊板的数值模拟研究中,如何建立准确的焊缝模型是一个亟待解决的难题。本文通过对母材和拼焊板进行拉伸实验获得拉伸实验数据,并基于等应变假设条件和力平衡条件方程,计算得到拼焊板焊缝的力学性能参数,建立了4种不同的焊缝模型。采用有限元模拟软件Dynaform,分别对4种不同焊缝模型进行拼焊板杯突试验数值模拟。通过对4种焊缝模型模拟结果中杯突值、开裂位置、主应变和试验得到的相应值进行比较,验证了精确焊缝模型的实用性。     

基于硬度积分中值的拼焊板焊缝力学性能确定

为快速确定拼焊板焊缝力学性能,基于硬度试验提出一种获取力学性能的简易方法。通过理论分析确定所需参数与材料硬度之间的量化关系。选择7种不同材料,采用反求法计算各自的硬化指数。焊缝硬度值取焊缝区硬度分布的积分中值。根据硬化指数与硬度值的关系,用幂律拟合对Swift硬化模型进行修正,确定硬度值与修正系数的关系。通过硬度试验,获取垂直焊缝方向的硬度积分中值,获得母材及焊缝的力学性能。以AISI 1005拼焊板为例,比较计算与试验结果,发现母材和焊缝的力学性能均吻合良好,证明所提出的方法适用于快速识别拼焊板焊缝力学性能。     

差厚高强钢激光拼焊板拉伸失稳行为研究

对0.7mm/1.0mm厚度组合的B170P1钢激光拼焊板试件进行半球凸模胀形试验,分析不同应变状态下拼焊板的变形、失稳特点及应变分布情况,研究其拉伸失稳规律。研究表明,拼焊板试件的变形失稳主要发生于薄侧母材,且随应变状态由单拉向平面等双拉的转变,应变分布趋于均匀,失稳位置向焊缝靠近;在变形过程中,靠近焊缝的薄侧母材在平行于焊缝方向的变形受到厚侧母材及焊接区的影响,其应变路径快速向平面应变漂移,达到成形极限状态,降低了拼焊板的成形性能。焊缝的存在导致差厚激光拼焊板各部分变形不均匀,在差厚激光拼焊板的实际应用中,应采取适当措施抑制薄侧母材的局部变形,增加厚侧母材塑性变形的比例,提高差厚拼焊板的冲压成形性。     

ST14钢激光拼焊板焊缝组织及成形性能分析

对1.5mm和0.8mm两种规格的ST14钢等厚激光拼焊板焊缝部位进行杯突试验,比较焊缝与母材杯突值;再对由这两种规格组合拼焊的不等厚激光拼焊板进行单向拉伸试验,检验拼焊板经拉伸后的断裂部位;分析焊缝区组织及其硬度变化,研究激光焊接参数变化对ST14钢拼焊板成形性能的影响.结果表明,焊缝深冲性能低于母材,焊缝杯突值受焊接速度影响,随焊接速度增加而增加;激光焊缝抗拉强度高于母材;对于1.5 mm拼焊板,提高焊接速度,加快焊缝冷却,有利于生成细小的针状铁素体,可提高激光拼焊板的成形性能;而0.8 mm板焊缝生成晶粒细小的粒状贝氏体组织,可使焊缝区材料成形性能接近母材;焊缝及其热影响区的硬度高于母材硬度.     

激光拼焊板冲压成形性能研究

对由同种材质不等厚度母材制成的拼焊板进行了杯突试验和成形极限图试验,发现拼焊板焊缝处材料强度增强,但是抵抗继续变形能力减弱,材料发生失稳、破裂多在薄板侧.并应用AutoForm软件对某轿车前地板零件的成形性进行研究,仿真分析结果表明,虽然在零件设计时薄板侧所占面积较大,使得焊缝未发生移动,但较易破裂位置、板料变薄最大位置仍发生在拼焊板焊缝薄板侧.在分析拼焊板材料制成的零件时,对焊缝附近进行材料成形性分析尤为重要.     

基于BP-GA的拼焊板拉深成形工艺优化

基于BP神经网络与遗传算法建立了多目标优化模型,对拼焊板拉深质量评价指标进行详细分析,提出了一种改进的拼焊板拉深成形多目标优化函数。将所建立的BP-GA模型用于某车型中柱拼焊板拉深成形,将有限元分析结果作为训练样本,得到模型最大厚度、最小厚度(拼焊板两侧),以及焊缝移动最大误差3.23%、6.16%、0.47%、2.64%、6.65%。利用遗传算法寻找最佳的工艺参数,实验证明,基于BP-GA的拼焊板拉深成形工艺优化模型,能够对生产实践提供有效指导。     

6061铝合金及其激光拼焊薄板杯突成形性能研究

主要研究了6061铝合金母材及其拼焊板在杯突试验中的成形性能以及焊缝对拼焊板成形性能产生影响的因素。试验结果显示,随着铝合金伸长率的增大,材料的显微硬度也不断增大;杯突试验的结果表明,焊缝降低了拼焊板成形性能,使其杯突值小于母材;采用DYNAFORM模拟软件进行模拟,由于焊缝尺寸很小,对模拟结果的影响十分有限,故可以忽略焊缝类型而只考虑其所在位置,结果表明:母材的变形连续且均匀,拼焊板的开裂往往发生在偏离焊缝中心的热影响区内。