汽車(chē)保險(xiǎn)杠鋁成型組件有限元分析及工藝【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)含三維5張CAD圖紙+帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+答辯ppt+外文翻譯】

汽車(chē)保險(xiǎn)杠鋁成型組件有限元分析及工藝

摘    要

近年來(lái)，隨著環(huán)境污染、能源枯竭等問(wèn)題的日趨嚴(yán)重以及國(guó)家政策的支持和鼓勵(lì)，汽車(chē)輕量化已越來(lái)越被人們所重視，且已逐漸成為當(dāng)前和未來(lái)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的主要方向?；诖?，在汽車(chē)車(chē)身及其零配的件的材料選擇上，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注材料本身的重量。其中，鋁合金板材作為一種低密度、高強(qiáng)度、可塑性強(qiáng)的金屬材料，受到了越來(lái)越多汽車(chē)廠商的青睞。然而，在板料成形技術(shù)中，起皺、斷裂、變形不足和回彈等質(zhì)量問(wèn)題也越來(lái)越突出， 這不僅造成了大量的材料浪費(fèi)，還嚴(yán)重制約了鋁合金板材在汽車(chē)制造中的使用。因此，探索出一種適合鋁合金板材沖壓成型的優(yōu)秀工藝，成了當(dāng)前眾多汽車(chē)廠商研究的重點(diǎn)。

本文將利用有限元分析軟件ANSYS Workbench對(duì)汽車(chē)保險(xiǎn)杠中鋁成型組件的沖壓成型進(jìn)行分析研究，找出導(dǎo)致其出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的主要因素，并結(jié)合分析結(jié)果嘗試對(duì)現(xiàn)有的沖壓工藝進(jìn)行合理優(yōu)化，達(dá)到提高成品率的目的。

關(guān)鍵字 有限元分析 鋁成型 工藝優(yōu)化

Finite Element Analysis and Process Optimization of Aluminum Brackets for Automobile Bumper

Abstract

In recent years, with the environmental pollution, energy depletion and other issues become increasingly serious and national policy support and encouragement, automotive lightweight has been more and more attention, and has gradually become the current and future development of the main direction of automotive technology The Among them, the aluminum alloy sheet as a low-density, high strength, plasticity of the metal material, by more and more car manufacturers of all ages. However, in the sheet metal forming technology, wrinkling, rupture, deformation and rebound and other quality problems are more and more prominent, which not only caused a lot of material waste, but also seriously restricted the use of aluminum alloy sheet in the automotive industry The Therefore, to explore a suitable for aluminum alloy sheet stamping of the excellent process, has become the focus of many car manufacturers.

In this paper, the finite element analysis software ANSYS Workbench is used to analyze the stamping of aluminum forming components in automobile bumper, and the main factors leading to its quality problems are found out. Combining with the analysis results, the existing stamping process is optimized reasonably, To achieve the purpose of improving the yield.

Key words  Finite element analysis  aluminum forming   process optimization

目錄

第1章 緒論 1

1.1 引言 1

1.2 汽車(chē)保險(xiǎn)杠鋁成型組件工藝優(yōu)化的科學(xué)意義 1

1.3 汽車(chē)保險(xiǎn)杠鋁成型組件質(zhì)量問(wèn)題的國(guó)內(nèi)外研究狀況 1

1.3.1 國(guó)外研究情況 2

1.3.2 國(guó)內(nèi)研究情況 2

1.4汽車(chē)保險(xiǎn)杠鋁成型組件的發(fā)展趨勢(shì) 2

1.5汽車(chē)保險(xiǎn)杠鋁成型組件缺陷分析 3

1.5.1起皺 3

1.5.2破裂 4

1.5.3回彈 5

1.6本文研究的主要內(nèi)容 5

1.7本章小結(jié) 6

第2章 板材沖壓有限元分析理論 7

2.1 ANSYS Workbench軟件介紹 7

2.2 材料的特性 7

2.3 材料的屈服準(zhǔn)則 8

2.3.1 Tresca 屈服準(zhǔn)則 8

2.3.2 Von Mises 屈服準(zhǔn)則 9

2.4材料的硬化準(zhǔn)則 9

2.4.1各向同性硬化準(zhǔn)則 9

2.4.2隨動(dòng)硬化準(zhǔn)則 10

2.5 沖壓過(guò)程應(yīng)力加載和卸載法則 11

2.6 沖壓過(guò)程接觸算法 11

2.6.1 拉格朗日算法 12

2.6.2 罰函數(shù)接觸算法 12

2.6.3 非線性罰函數(shù)接觸算法 12

第3章 保險(xiǎn)杠組件沖壓成型工藝 15

3.1 保險(xiǎn)杠組件沖壓成型的的工藝特點(diǎn) 15

3.2 保險(xiǎn)杠組件沖壓工藝的詳細(xì)說(shuō)明 16

3.3 本章小結(jié) 20

第4章 有限元分析過(guò)程及結(jié)果 21

4.1概述 21

4.2 分析流程及結(jié)果 21

4.2.1分析流程 21

4.2.2 分析結(jié)果 25

4.3 本章小結(jié) 26

第5章 工藝優(yōu)化內(nèi)容及結(jié)果 27

5.1 工藝優(yōu)化的注意事項(xiàng) 27

5.2 工藝優(yōu)化的內(nèi)容 27

5.3 優(yōu)化效果 30

5.4 本章小結(jié) 30

致  謝 31

參考文獻(xiàn) 32

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汽車(chē)保險(xiǎn)杠鋁成型組件有限元分析及工藝優(yōu)化 指導(dǎo)老師 ：許文娟 答辯人 ：馬關(guān)益 機(jī)電工程學(xué)院 車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè) 2013級(jí) 論 文 摘 要 近年來(lái)，隨著環(huán)境污染、能源枯竭等問(wèn)題的日趨嚴(yán)重以及國(guó)家政策的支持和鼓勵(lì)，汽車(chē)輕量化已越來(lái)越被人們所重視，鋁合金板材作為一種低密度、高強(qiáng)度、可塑性強(qiáng)的金屬材料，受到了越來(lái)越多汽車(chē)廠商的青睞。然而，在板料成形技術(shù)中，起皺、斷裂、變形不足和回彈等質(zhì)量問(wèn)題也越來(lái)越突出， 這不僅造成了大量的材料浪費(fèi)，還嚴(yán)重制約了鋁合金板材在汽車(chē)制造中的使用。 本文將利用有限元分析軟件 出導(dǎo)致其出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的主要因素，并結(jié)合分析結(jié)果嘗試對(duì)現(xiàn)有的沖壓工藝進(jìn)行合理優(yōu)化，達(dá)到提高成品率的目的 。 摘 要 有限元分析 工藝優(yōu)化 鋁成型 目 錄 一、課題背景內(nèi)容 二 、 研究思路及過(guò)程 三 、研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 課題背景內(nèi)容 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 課題背景 2. 研 究意義 3. 理論基礎(chǔ) 5 研究背景概 述 社會(huì)背景 由于 環(huán)境污染 、 空氣惡化等社會(huì)問(wèn)題日趨嚴(yán)重 ， 節(jié)能環(huán)保的觀念越來(lái)越深入人心 。據(jù)統(tǒng)計(jì) ， 汽車(chē)每減重 10%， 油耗可降低 6%～ 8%， 車(chē)身質(zhì)量占汽車(chē)總質(zhì)量的 40%－60%， 因此 ， 可以說(shuō) ， 減輕車(chē)身重量對(duì)于節(jié)約能源減少排放有著十分重要的作用 。 運(yùn)用鋁合金等輕質(zhì)制造車(chē)身及汽車(chē)配件 雖然可以有效的降低車(chē)身重量 ， 但是由于在成型技術(shù)原因 ， 在鋁合金沖壓成型過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)許多質(zhì)量問(wèn)題 ， 這不僅造成資源浪費(fèi) ， 在一定程度上還制約了車(chē)身輕量化技術(shù)的發(fā)展 。 企業(yè)實(shí)際背景 卡酷思汽車(chē)配件 （ 廊坊 ） 有限責(zé)任公司的主要產(chǎn)品中 ， 設(shè)計(jì)到鋁合金沖壓成型的主要是保險(xiǎn)組件 。 該產(chǎn)品由于輪廓尺寸較大 ， 且形狀復(fù)雜 ， 所以在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)起皺 、 破裂 、 回彈等質(zhì)量缺陷 。目前該產(chǎn)品在公司的實(shí)際合格率保持在80%左右 ， 這意味著在該產(chǎn)品上公司有著20%以上的損失 ， 這是不容忽視的 。 現(xiàn)在公司希望通過(guò)對(duì)現(xiàn)有工藝過(guò)程進(jìn)行合理優(yōu)化 ， 以提高該產(chǎn)品的合格率 ， 達(dá)到降低損失的目的 。 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 課題背景 2. 研 究意義 3. 理論基礎(chǔ) 6 研究意義 汽車(chē)保險(xiǎn)杠鋁成型組件工藝優(yōu)化的科學(xué)意義 汽車(chē)保險(xiǎn)杠是汽車(chē)上一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)部件 ， 承受著汽車(chē)碰撞時(shí)的巨大沖擊力 ， 對(duì)汽車(chē)的安全性起著至關(guān)重要的作用 。 其中 ， 保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)中的部分組件采用鋁合金板材沖壓成型 ， 而在成型過(guò)程中極易出現(xiàn)起皺 、 破裂 、 變形不足和回彈等質(zhì)量問(wèn)題 ， 若能通過(guò)合理的工藝優(yōu)化 ， 解決此類(lèi)質(zhì)量問(wèn)題 ， 那么不僅能使車(chē)身輕量化的研究更進(jìn)一步 ， 對(duì)于眾多汽車(chē)廠商來(lái)說(shuō) ， 還能大大節(jié)約成本 ， 提高運(yùn)營(yíng)利潤(rùn) 。 01 02 對(duì)汽車(chē)領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，能促進(jìn)車(chē)身輕量化的研究 對(duì)企業(yè)工廠來(lái)說(shuō)，能大大節(jié)約成本，提高運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)。 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 課題背景 2. 研 究意義 3. 理論基礎(chǔ) 7 理論基礎(chǔ) 主 要理 論 此課題的研究除了需要運(yùn)用 材料成型方面，還需要用到以下理論： 材料屈服準(zhǔn)則理論 材料硬化準(zhǔn)則理論 描述 當(dāng)金屬材料受力時(shí)，材料內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)由彈性狀態(tài)逐漸過(guò)度到塑性狀態(tài)的準(zhǔn)則 。 描述 在金屬塑性變形過(guò)程中，隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)力會(huì)急劇增大，此時(shí)就會(huì)發(fā)生加工硬化現(xiàn)象 的準(zhǔn)則。 沖壓過(guò)程應(yīng)力加載和卸載理論 沖壓過(guò)程接觸算法理論 預(yù)測(cè)和判定材料進(jìn)入屈服狀態(tài)后，其塑性應(yīng)變?cè)隽糠较?的準(zhǔn)則。 沖壓成型有限元分析數(shù)值模擬過(guò)程通 常采用的處理方法 。 研究思路及過(guò)程 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 研究思路 2. 研究過(guò)程 9 研 究思路 01 03 02 04 05 06 查閱相關(guān)資料 學(xué)習(xí)軟件 模型創(chuàng)建 驗(yàn)證結(jié)果 提出建議 仿真分析 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 研究思路 2. 研究過(guò)程 10 研究過(guò)程 （模型創(chuàng)建） 該課題研究的首要前提，是必須建立相應(yīng)的三維數(shù)模，結(jié)合課題的具體內(nèi)容知，需要建立的模型包括產(chǎn)品模型和模具模型（包含上下模），本次采用的建模工具為 模結(jié)果如下： 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 研究思路 2. 研究過(guò)程 11 研 究過(guò)程 （仿真分析） 創(chuàng)建分析項(xiàng)目 定義材料數(shù) 據(jù) 添加幾何模 型 定義零件行為 網(wǎng)格劃分 求解并查看結(jié)果 該課題的重點(diǎn)內(nèi)容之一是有限元分析仿真，對(duì)于該零件的成型過(guò)程，本次研究采用非線性靜力分析過(guò)程求解。非線性靜力分析的過(guò)程較為復(fù)雜，但主要可以概括為以下幾個(gè)步驟。 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 研究思路 2. 研究過(guò)程 12 研 究過(guò)程 （工藝優(yōu)化 ) 要點(diǎn) 與設(shè)計(jì)新工藝相比，對(duì)現(xiàn)有的工藝進(jìn)行優(yōu)化猶如雙刃劍，若優(yōu)化合理，就能大大降低工藝成本，節(jié)約人力物力，為企業(yè)帶來(lái)巨大利潤(rùn)；反之，不僅達(dá)不到預(yù)期效果，而且還會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)計(jì)劃產(chǎn)生干擾，影響產(chǎn)能輸出，使企業(yè)蒙受損失。 工藝優(yōu)化有諸多注意事項(xiàng)，對(duì)于本課題，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，在優(yōu)化的過(guò)程中需要考慮以下幾點(diǎn)： ?優(yōu)化結(jié)果對(duì)產(chǎn)品的影響 ?優(yōu)化結(jié)果對(duì)產(chǎn)能的影響 ?優(yōu)化成本的投入 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 結(jié)果獲 取 2. 結(jié)果分 析 3. 其他優(yōu)化建議 14 結(jié)果獲取 （仿真結(jié)果） 優(yōu)化前 優(yōu)化后 應(yīng)力 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 結(jié)果獲 取 2. 結(jié)果分 析 3. 其他優(yōu)化建議 15 結(jié)果獲取 （仿真結(jié)果） 優(yōu)化前 優(yōu)化后 位移 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 結(jié)果獲 取 2. 結(jié)果分 析 3. 其他優(yōu)化建議 16 結(jié)果獲取 （仿真結(jié)果） 優(yōu)化前 優(yōu)化后 應(yīng)變 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 結(jié)果獲 取 2. 結(jié)果分 析 3. 其他優(yōu)化建議 17 結(jié)果獲取 （優(yōu)化結(jié)果） 記錄項(xiàng) 值 單位 實(shí)驗(yàn)總數(shù)量 90 片 破裂數(shù)量 12 片 起皺數(shù)量 4 片 回彈數(shù)量 1 片 合格率 81% 記錄項(xiàng) 值 單位 實(shí)驗(yàn)總數(shù)量 90 片 破裂數(shù)量 9 片 起皺數(shù)量 2 片 回彈數(shù)量 0 片 合格率 87% 以下數(shù)據(jù)均由具體實(shí)驗(yàn)記錄所得，真實(shí)有效。其優(yōu)化內(nèi)容包含工藝參數(shù)優(yōu)化和潤(rùn)滑方式優(yōu)化。 優(yōu)化前 優(yōu)化前 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 結(jié)果獲 取 2. 結(jié)果分 析 3. 其他優(yōu)化建議 18 結(jié)果分析 數(shù)據(jù)特點(diǎn) 分析結(jié)論 結(jié)論一 結(jié)論二 工藝參數(shù)及潤(rùn)滑方式對(duì)產(chǎn)品的成型效果有較大影響，合理的工藝參數(shù)及良好的潤(rùn)滑條件有助于提高產(chǎn)品合格率。 除工藝參數(shù)及潤(rùn)滑方式外，還存在其他因素影響產(chǎn)品質(zhì)量，當(dāng)前合格率還有很大的提升空間。 課題背景內(nèi)容 研究思路及過(guò)程 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 1. 結(jié)果獲 取 2. 結(jié)果分 析 3. 其他優(yōu)化建議 19 其他優(yōu)化措施 改善材料機(jī)械性能 措施一 改變成型過(guò)程中的壓邊方式 措施二 增加預(yù)成型工序步驟 措施三 感謝各 位老師和專(zhuān) 家耐心聆聽(tīng) 指導(dǎo)老師 ：許文娟 答辯人 ：馬關(guān)益