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面向材料特性的双相钢零件综合性能分析与优化设计研究

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第 1 章 绪论

1.1研究的背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1汽车高强钢应用现状

1.2.2板料成形减薄率研究现状

1.2.3防撞梁抗撞吸能性的研究现状

1.2.4防撞梁刚强度的研究现状

1.3论文主要研究内容和创新点

第 2 章 理论基础

2.1 引言

2.2板料冲压成形有限元基础理论

2.2.1单元模型

2.2.2应力应变关系

2.2.3接触和摩擦处理

2.2.4求解算法

2.2.5评价指标

2.3防撞梁抗撞吸能性有限元基础理论

2.3.1非线性理论

2.3.2动力方程

2.3.3质量矩阵

2.3.4求解方程

2.3.5评价指标

2.4防撞梁刚强度理论基础

2.4.1有限元理论简介

2.4.2单元刚度方程

2.4.3整体刚度方程

2.4.4评价指标

2.5本章小结

第 3 章 面向材料特性的 DP590 综合性能分析

3.1引言

3.2影响零件综合性能的双相钢材料参数

3.2.1双相钢的材料性能

3.2.2影响零件综合性能的材料参数定义

3.2.3高强钢DP590零件模型

3.3零件各性能分析有限元模型

3.3.1应用软件简介

3.3.2 Autoform 冲压仿真模型的建立

3.3.3 Hypermesh-Lsdyna 碰撞有限元模型的建立

3.3.4 Hypermesh-Optstruct 刚强度有限元模型的建立

3.4本章小结

第 4 章 基于灰色关联理论的 DP590 零件综合性能优化

4.1引言

4.2优化方法应用介绍

4.3灰色关联分析方法

4.3.1灰色系统

4.3.2计算流程

4.4面向材料参数波动的综合性能优化方法

4.5多目标的优化

4.5.1正交试验方案设计

4.5.2灰色关联分析数据处理

4.5.3单目标灰色关联度分析

4.5.4多目标灰色关联度分析

4.6结果验证

4.7本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录 A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)

附录 B (攻读学位期间所参加的主要科研项目)

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摘要

轴系在竞争日益激烈的汽车行业,产品质量的改造升级是提升行业竞争力的关键,越来越多的车企开始选配和研究新型高强钢材料,同时新的技术问题也接踵而至。研究表明,许多冲压零件频繁出现的工艺病害源于零件开发和材料的选配不当,一般在零件开发和材料选配不当中产生的缺陷会隐蔽到工艺制备结束的阶段才被察觉,如果采用不断完善工艺的手段来弥补缺陷将会花费巨额的费用,导致其改进效率较为低下,与此同时,材料制备阶段又会受到零件选配的影响,如何协调好零件开发和材料定制间的矛盾是优化零件综合性能的最佳手段。优化零件综合性能的有效办法就是将高效的单元技术、数理统计方法以及合理的优化方法结合起来对零件的各主要性能分别进行优化设计,面对这些问题和方法,本文将某款典型乘用车防撞梁横梁作为研究对象,选取一种优化设计方法以分析面向材料参数波动的DP590钢零件综合性能的影响,实际施展的研究内容阐述如下:  一、全面系统地介绍了板料成形、防撞梁吸能性和防撞梁刚强度研究理论基础和评价指标,从而建立了DP590零件综合性能评价体系。  二、介绍对DP590钢防撞梁横梁主要性能产生影响的材料参数,总结一定的零件与材料选配开发经验。通过有限元软件Autoform、Hypermesh和求解器Lsdyna、Optistruct建立零件各项性能分析的有限元模型。  三、针对现有优化方法的不足之处,提出了面向材料参数波动的DP590钢零件综合性能分析与优化设计研究方法。为了将多目标问题转化为单目标问题以便于研究和分析,进而总结多个材料因素对汽车前防撞梁横梁综合性能的影响规律,采用正交试验和灰色关联的方法得到较优的设计参数。基于灰色系统的概念和理论优势,并详细参照灰色关联法的计算步骤,然后通过优化材料DP590的屈服强度(Rp0.2)、抗拉强度(Rm)、弹性模量(E)和剪切模量(G)四个材料参数来优化减薄率、降低开裂风险,同时达到提高零件抗撞性及刚强度的理想结果。最终通过实验数据做出研究结论,良好地指导零件研发和材料选配。

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