【摘 要】
:
随着全球各大经济体对汽车工业领域突出的节能、减排和安全等问题的日益关注,各大经济体对轻量化材料及其精密成形技术均提出了很高的要求。先进高强度钢板以其价格低廉、强度超高、组织性能稳定等特性,在汽车轻量化材料蓬勃发展的今日仍占有着非常重要的市场,并且在未来几十年内或将继续保持其重要地位。然而,强度等级较高的先进高强度钢板在冷成形时由于超高的回弹引起的零件尺寸偏差大、装配困难等问题,给实际生产带来了巨大
论文部分内容阅读
随着全球各大经济体对汽车工业领域突出的节能、减排和安全等问题的日益关注,各大经济体对轻量化材料及其精密成形技术均提出了很高的要求。先进高强度钢板以其价格低廉、强度超高、组织性能稳定等特性,在汽车轻量化材料蓬勃发展的今日仍占有着非常重要的市场,并且在未来几十年内或将继续保持其重要地位。然而,强度等级较高的先进高强度钢板在冷成形时由于超高的回弹引起的零件尺寸偏差大、装配困难等问题,给实际生产带来了巨大的挑战。热冲压技术虽然可以大幅降低硼钢等可淬火钢的回弹量,但该技术应用却不适用于淬透性不充分的双相高强度钢板的成形。已有研究指出温热成形工艺可以有效降低淬透性不充分的双相高强度钢板的成形回弹,并且还不影响其延伸率和成形后的强度,在先进高强度钢的精确成形中有着广泛的应用前景。因此,本论文以DP980双相高强度钢板温热成形过程中的回弹问题为研究背景,对温热成形中涉及的材料热-力学性能、循环变形特征以及回弹行为展开了系统而深入的分析和研究。本论文的主要研究工作与结论如下:1.通过不同温度条件下的单轴拉伸试验、单轴加载-卸载-再加载循环拉伸试验,研究了DP980钢板的流变应力、弹性模量和包辛格效应随温度的演化规律,结果表明,25℃-300℃时DP980双相高强度钢板的流变应力对温度敏感性较弱,当温度超过300℃时流变应力有明显的降低。初始弹性模量随温度的增大而显著降低,弦线模量的衰减随温度的增大呈波浪形趋势,在温度超过300℃时降低明显。包辛格效应是随温度的增大逐步减弱,且温度越高时,包辛格效应在非弹性应变中的占比越高,而非弹性应变越大,材料的非线性弹性回复也就越高,即回弹也越大,说明温度较高时材料的非弹性回复主要是以包辛格效应来提供。2.基于小变形弹塑性本构理论框架,建立了Mises屈服准则并整合混合等向/非线性随动硬化(IHKH模型)的塑性本构模型。以IHKH硬化模型的模型参数为优化目标,通过最小二乘拟合法和数值迭代优化法分别计算了IHKH的模型参数。其中,最小二乘拟合法通过拟合单调拉伸数据直接获取IHKH模型参数,而数值迭代优化法是通过Isight平台中的Hooke-Jeeves算法,联合Python和Abaqus软件对预拉伸-三点弯曲-回弹试验过程中的9种不同加载路径(预应变为3%、6%、9%,弯曲凸模行程为5mm、10mm、15mm)的回弹轮廓进行有限元逼近,间接获得IHKH硬化模型的模型参数,经对比发现发现Isight优化获得的IHKH模型参数能更好的预测回弹轮廓。此外,通过提取预拉伸-三点弯曲全场模拟过程中试样几何中心区最顶层单元的应力应变历史,获得了DP980双相高强度钢板从25-400℃内的循环拉-压应力应变响应曲线,分析结果指出,温度25℃时,DP980钢板有非常强的包辛格效应,随着温度的增大,材料的包辛格效应逐渐减弱,并最终趋于饱和。3.采用具有不同硬化速率的SHS模型(即Swift模型和Hockett-Sherby模型的线性组合,简称为SHS模型)将DP980钢板的塑性应变水平外推至50%,并根据反推的曲线获得了温度相关的等向硬化模型(IH模型)、非线性随动硬化模型(KH模型)、混合等向/非线性随动硬化模型(IHKH)的模型参数,建立了基于Mises屈服理论的热-力耦合本构模型,并成功预测了U型件在25℃、250℃、350℃和400℃条件下的回弹行为。通过U型件侧壁卷曲段厚度方向上应力分布的分析,发现温度效应可以减弱薄板厚度方向上应力的拉-压不对称度。4.针对温度效应引起DP980钢板各向异性显著的问题,提出采用非均匀间隙拉深的方法改善圆筒形件拉深过程中的不均匀变形,并建立了考虑板材方向性和非均匀间隙的制耳轮廓解析预测模型,获得了非均匀间隙的分布函数。一方面,以DC04钢板的室温拉深为例,通过工艺试验和有限元模拟相结合的方法研究了均匀和非均匀间隙对制耳和回弹的影响,结果表明,采用非均匀间隙拉深工艺不仅可以降低筒形件的制耳轮廓高度,还能有效降低拉深-切环过程中的开口回弹和扭转回弹。另一方面,以DP980钢板的温热拉深为例,研究了温度效应对制耳和切环回弹的影响,探讨了Hill48+IH模型和Mises+IHKH模型对切环回弹的预测能力。结果表明,DP980钢板的制耳倾向对非均匀间隙极其敏感,而Mises+IHKH模型相比Hill48+IH模型可以更好的预测DP980钢板的切环回弹量。此外,研究结果还表明温度效应和非均匀间隙的耦合作用,可以有效降低切环内外两侧材料的应力梯度从而降低回弹。
其他文献
本文主要研究相场方程的时空自适应有限元方法.相场方程作为计算数学中一类重要的物理模型,其从本质上来讲是一类非线性偏微分方程.由于相场方程中含有小参数ε,涉及边界层现象.因此所采用的数值方法需要空间网格尺寸以及时间步长和界面宽度ε满足一定的关系,故采用自适应网格来求解该类方程问题具有更大的优势.在自适应过程中,后验误差估计起着至关重要的作用.梯度重构作为有限元方法的后处理技术之一,其具有许多的优势,
场效应晶体管是集成电路的基础逻辑单元,目前芯片中的晶体管的制备方法来主要采用自上而下的加工技术。为了提升芯片的集成度,晶体管的架构从最初的平面结构发展到了三栅鳍形和环栅纳米线结构。其中纳米线环栅结构可以进一步增强栅极的静电控制能力,有效压制短沟道效应,但这种结构需要借助高精度的极紫外光刻(EUV)。另一方面,自下而上的自组装方法,在生长制备半导体纳米线结构方面具有较大的灵活性,比如通过气相生长的方
电活性材料在力、电、光、热场等的激励下会产生载流子输运现象,呈现出复杂的多场耦合效应,从而在日常生活中具有广泛的应用前景。与此同时,电活性材料的宏观物理性能与其本征的多场耦合效应之间存在密切关系。因此,对其多场耦合效应的表征和分析具有重要的研究意义。扫描探针显微方法(SPM)自问世以来已逐步成为研究材料局域多场耦合效应的重要探测及调控手段,被形象地比作纳米工作者的“眼”和“手”,能够实现电活性材料
硅负极的理论比容量高达4200 m Ah g-1,具有较低的嵌锂电位,使得锂离子电池具有相对较高的电压平台,同时硅是地壳中极为常见的一种元素,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中,被认为是取代传统锂离子电池用石墨负极材料来构建下一代高性能锂离子电池的主要负极材料。然而,硅负极材料本身也存在一些缺陷,如在充放电过程中会产生明显的体积膨胀,从而导致电池中极片的极化增大、循环性变差,更使电池有失效的风险,且硅
在新一轮城市地下空间扩张建设中,地铁站空间设计倾向由"功能"转向"人文",逐步演绎为传承地域文化、展示城市形象的标识性场所。研究聚焦于地铁站空间如何通过环境设计有效表达城市文化意象,首先基于文献筛选出地铁站空间文化意象感知和相关环境设计要素的多项评价指标,然后以北京市毗邻历史街区的4个典型地铁站为研究对象、252份量表型问卷调查结果为数据基础,结合SPSS和Amos软件进行因子分析并建立结构方程模
从复杂系统得到的时间序列具有非平稳、非线性等特征,越来越多的研究者热衷于研究非平稳时间序列的复杂性和长程相关性。熵是用来度量序列复杂性和不规则性的常用工具,分形和重分形方法是用来探索非平稳时间序列的长程相关性和分形特性的有效工具。近年来,大量的熵分析方法和分形方法涌现出来用于研究非平稳时间序列的复杂性和长程相关性。然而现有的熵分析方法和重分形方法效率并不高,并且不是对所有的时间序列都适用。因此,提
随着国家“一带一路”战略实施,多式联运行业获得快速发展。折叠箱是多式联运中的重要装备,而大梁焊接是折叠箱制造的关键步骤。大梁的焊接结构主要由空间多位置复杂焊缝组成,焊缝轨迹上有流水槽、工艺板、辅助板、孔洞等随机障碍物,使得工件具有焊缝轨迹多变性、结构多元化等特点,并且大梁自身存在较大的挠度,通过传统的机器人示教等方法进行折叠箱大梁自动焊接的效率极低。现场作业环境恶劣,空间焊缝轨迹复杂,加工装配精度
高温超导和拓扑超导是近年来凝聚态物理中的两个重要的前沿研究方向。铁基超导体是继铜氧化物超导体后的第二个非常规高温超导体家族,自发现以来获得了极大的关注。铁基超导体较高的超导转变温度很难用传统的基于电-声子机制的BCS理论解释,目前广泛接受的图像是基于反铁磁自旋涨落s±配对形式,即空穴口袋和电子口袋超导序参量相位相反。Fe(Te,Se)作为铁基超导体的一员,具有大小近乎相等的电子和空穴型费米面,因此
声辐射力是声场的非线性效应,是声场与物体之间动量传递的结果。科学技术日益发展的今天,对微小粒子进行非接触操控越来越重要。与其他适用于粒子操控的力相比,声辐射力具有生物相容性高、无创、操作无标签、可操控粒子类型范围广、尺度跨度大等优点。这些优点使得声辐射力操控在生物物理、超声医学等领域有着广泛的应用前景,成为声学领域的研究热点之一。随着科学技术的进步,声辐射力操控技术有了长足的发展,但是在理论以及定
新型荧光材料一直是理论研究的前沿热点,也是产业应用的迫切需求;几十年来,荧光材料已广泛应用于显示照明、化学传感、分子探针、生物成像、转光农膜、靶向治疗等领域。理想的荧光材料通常具有颜色/强度可调、聚集态发射强和斯托克斯(Stokes shift)位移大等优点,而目前报道的相关研究还难以兼顾这些优点。本文将具有聚集诱导发光(aggregation-induced emission,AIE)性质的发光