基于铝合金冲压和冷模具淬火成型工艺的车身结构轻量化设计和多尺度有限元分析

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51075178
项目类别：
面上项目
资助金额：
38.0万
负责人：
庄蔚敏
依托单位：
吉林大学
学科分类：
E0506.机械设计学
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
JLin；那景新； DBalint；杨昌海；余天明；宋广才；邹鹏；陈延红；刘学成；
关键词：
多尺度有限元模拟热成型冷模具淬火车身轻量化

项目摘要

本研究是以车身轻量化为目的，对铝合金车身结构件进行从微观到宏观的多尺度有限元模拟优化研究。基于固溶处理-成型-冷模具淬火（HFQ）技术可以成型高质量铝合金零件，并且可以满足预期设计的零件力学特性和微观组织结构，建立成型过程模拟的FE模型，通过对材料微观组织结构的设计达到优化车身零件性能和结构的目的。本研究的目的是创建一项用于车身结构轻量化设计的先进技术，在对铝合金车身零件进行优化的基础上，获取零件最佳的微观结构组织和力学特性，创立一个包括晶粒尺寸、方向和二次相形状、分布、位置的晶体力学ＦＥ模型，预测强化物对铝合金力学性能的影响，实现按力学特性设计材料微观结构。建立一套联立粘塑性力学方程，计算铝合金强化物的形成和长大，在此基础上建立预测零件成型过程参数的FE模型，制造满足微观结构、力学性能分布需要的结构件。实现车身轻量化设计和先进制造技术的连接，保证车身铝合金结构件按需要设计，按设计制造。

结项摘要

本研究是以车身轻量化为目的，对铝合金车身结构件进行成形性有限元模拟优化研究。基于固溶处理-成形-冷模具淬火（HFQ）技术可以成形高质量铝合金零件，建立铝合金车身零件成形过程模拟的FE 模型，通过优化成形过程达到优化车身零件性能和结构的目的。本研究基于轻量化的乘用车侧面碰撞安全性优化设计需求，对典型截面铝合金车身抗撞零件的轻量化进行研究，并将无铆钉铆接接头应用于铝合金零件连接，提高碰撞模拟的有效性；建立了双相金属材料材料微观结构计算模拟系统VGAIN，实现创立一个包括晶粒尺寸、方向和二次相形状、分布、位置的CPFE(晶体塑性力学有限元)模型；建立一套联立粘塑性力学方程，预测铝合金零件在成形过程中的晶粒位错密度变化和损伤积累；建立预测零件成形过程参数的FE 模型，制造满足力学性能分布需要的结构件；进行了不同系列铝合金的特性试验，研究温度、应变率、摩擦系数对铝合金成行性的影响；实现车身轻量化设计和先进制造技术的连接，保证车身铝合金结构件按需要设计，按设计制造。.本项目取得了预期成果：一套软件系统，可以进行双相材料的CPFE分析；一种新颖方法，将铝合金材料的性能、成形性与设计紧密联系；一组创新方程，可以模拟各系列铝合金塑性应变条件下位错密度变化、损伤的累积；一个独特FE模型，可以预测钣金热冲压成形冷模具淬火过程中，微观组织结构和零件力学特性分布；一个创新技术，钣金热冲压成形冷模具淬火（HEQ），生产高强度，轻质量的铝合金汽车结构件；发表６篇学术论文；培养毕业一博士生、五名硕士生。