汽車保險(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+開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述+答辯ppt+外文翻譯】

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汽車保險(xiǎn)杠鋁成型組件有限元分析及工藝

摘    要

近年來，隨著環(huán)境污染、能源枯竭等問題的日趨嚴(yán)重以及國家政策的支持和鼓勵(lì)，汽車輕量化已越來越被人們所重視，且已逐漸成為當(dāng)前和未來汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向?；诖?，在汽車車身及其零配的件的材料選擇上，人們?cè)絹碓疥P(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，受到了越來越多汽車廠商的青睞。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)量問題也越來越突出， 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 汽車保險(xiǎn)杠鋁成型組件質(zhì)量問題的國內(nèi)外研究狀況 1

1.3.1 國外研究情況 2

1.3.2 國內(nèi)研究情況 2

1.4汽車保險(xiǎn)杠鋁成型組件的發(fā)展趨勢(shì) 2

1.5汽車保險(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 沖壓過程應(yīng)力加載和卸載法則 11

2.6 沖壓過程接觸算法 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)說明 16

3.3 本章小結(jié) 20

第4章 有限元分析過程及結(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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第 1 頁 譯文標(biāo)題 汽車鋁合金能量吸收組件的有限元分析和形狀優(yōu)化 原文標(biāo)題 作 者 an 名 劉艷杰，丁林 李慶芬，王丹 國 籍 中國 原文出處 應(yīng)用力學(xué)與材料 1662 24954 013 士 譯文： 關(guān)鍵字 有限元分析 鋁合金 形狀優(yōu)化 能量吸收組件 摘 要 ： 在本研究工作中，通過有限元（ 對(duì)汽車鋁合金能量吸收組件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。使用 件進(jìn)行數(shù)值模擬。汽車能量吸收組件通常制成薄壁管結(jié)構(gòu)。 在本文中，管是采用鋁合金材料。對(duì)薄壁管的有限元模進(jìn)行分析， 通過比較理論結(jié)果和有限元模型結(jié)果，得到的結(jié)果為二者具有良好的相關(guān)性，這表明數(shù)值分析是可靠的。 為提高薄壁管的耐沖擊性，將注意力集中在找到一種最佳橫截面形狀上。 對(duì)所研究的幾種類型的橫截面比較， 結(jié)果表明，當(dāng)采用帶槽的方形潔面時(shí)，管的耐沖擊性明顯提高。 引言 汽車的安全性一直是汽車研究領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。在世界范圍內(nèi)，交通事故都是一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。在中國，由于汽車高速撞擊造成的死傷的案例，一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。然而 ,由于低速碰撞通常發(fā)生在城市的交通擁堵區(qū) [ 1， 2 ]。對(duì)于人員沒有較重傷害，因此低速度碰撞沒能引起人們的注意。正因?yàn)槿绱?，研究低速撞擊中涉及的技術(shù)問題，就顯得尤為必要。薄壁管通常裝在汽車前端，是汽車發(fā)生碰撞時(shí)能量吸收的重要部件之一。在低速碰撞事故中，薄壁管將會(huì)在人的身體受到?jīng)_擊之前，預(yù)先吸收撞擊所產(chǎn)生的能量，使乘客艙的受損變得最小化，乘客可以幸存 [ 3， 4]。薄壁管在車身的位置如圖 1 所示。 本文采用有限元（ 法對(duì)汽車吸能部件進(jìn)行了低速?zèng)_擊試驗(yàn)研究，并進(jìn)行了理論驗(yàn)證。并以此優(yōu)化薄壁管的形狀。 有限元建模 主要性能評(píng)價(jià)參數(shù)：在正面低速碰撞的情況下，管材吸收沖擊能量，主要通過塑性變形降低沖擊載荷峰值 [ 3 ]。該管的最重要的性能評(píng)價(jià)參數(shù)是通過塑性變形吸收的總沖擊能量 擊力峰值 管的壓縮位移 δm。 方程 (1)給出的平均沖擊力 ,式中， 總的沖擊能量吸收， δ ) 第 2 頁 術(shù)平均值 ,隨著 增加，管的吸收能量將增加。 大，能量吸收越大，乘客的安全更有保障。因此，在不超過許可峰值的前提下，平均沖擊載荷越大，吸收性能越好。 模型的建立：薄壁管，特別是方形截面的薄壁管，一種常見的汽車防碰撞裝置，因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)便宜，通用和高效的吸收能量。導(dǎo)致他們被用于各種各樣的沖擊加載應(yīng)用 [ 5 ]。 在本文中，利用 先創(chuàng)建了一個(gè)方形截面管的軸向低速?zèng)_擊的有限元模型，（ 70、長 160 ），管有限元網(wǎng)格如圖 2所示。 剛性板 1000置在管的頂部，如圖 2所示，軸向沖擊速度為 小時(shí)，管是用 7075鋁合金制造的模型，屈服強(qiáng)度 σy= 455度 ρ = x 10 松比 v= 033 ，楊氏模量 E = 71 圖 1 圖 2 仿真分析：模擬了方形截面管在軸向低速?zèng)_擊下的吸能特性。沖擊載荷與位移的曲線如圖 3 能量曲線所示。位移顯示如圖 4 所示。其中，沖擊載荷峰值是能量吸收的重要參數(shù)之一，為 237427于允許值 180了提高吸能特性，必須對(duì)管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，特別是降低沖擊載荷峰值。 圖 3 圖 4 理論驗(yàn)證：通過比較理論和有限元模型結(jié)果，驗(yàn)證了方形截面鋁合金管的有限元模型。由于空間的限制，我們只能采取平均沖擊負(fù)荷的 例。一些研究人員已 經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，以更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)工程應(yīng)用的臨界應(yīng)力。其中，矩形截面薄壁 第 3 頁 管平均沖擊載荷的經(jīng)驗(yàn)公式為 [ 2 ]。 3 (2) 當(dāng) σ0 = 12（ σ02 + σu)，其中σ 02屈服強(qiáng)， σ t 是壁厚 ,于目前工作中使用的材料，有： σ 0=（σ 02+σ u） /2=（ =此，平均沖擊載荷計(jì)算由方程（ 3）計(jì)算得： 70/≈ 平均沖擊載荷理論計(jì)算結(jié) 有限元模型的結(jié)果 7結(jié)果表明，理論計(jì)算結(jié)果與有限元模型結(jié)果的平均差異為 結(jié)果相關(guān)性良好。為后續(xù)的分析結(jié)果提供了依據(jù)。 優(yōu)化設(shè)計(jì) 橫截面的形狀優(yōu)化：為了提高碰撞箱的能量吸收特性，優(yōu)化薄壁管的形狀結(jié)構(gòu)是必要的。首先關(guān)注的是找到一個(gè)最佳的橫截面形狀的管。五種類型的薄壁管進(jìn)行了研究和比較。管截面幾何形狀如圖 5 所示，其中，（一）方形、圓形截面（ B），（ C）六邊形截面，（ D）和（ E）八角形截面、矩形截面。所有的管子都長 120的是同一圓周 2807075 鋁合金材料。根據(jù)相同的有限元建模方法和邊界條件，對(duì)五鋁合金管進(jìn)行了數(shù)值模擬。 20 毫秒后沖擊載荷下的管倒塌顯示如圖 6 所示。 對(duì)比仿真結(jié)果（能量與位移和沖擊載荷與位移）如圖 7 圖 8 所示。我們可以得出結(jié)論為：最好的橫截面是形狀方形截面（ a），峰值沖擊負(fù)荷對(duì)不同截面形狀的管分別為： (a) (b) (c) d)(e) 比允許值 180很多。其中，形狀（ a）所受載荷最低。因此我們采取薄壁方形截面管的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。 圖 5 圖 6 由于薄壁管受到?jīng)_擊，管子發(fā)生內(nèi)外反復(fù)收縮變形，如圖 4 所示。根據(jù)變形趨勢(shì)集槽，沖擊載荷將減少。 第 4 頁 圖 7 圖 8 本文采用方形截面管上的凹槽，如圖 9（ a）所示。有限元模擬的結(jié)果（帶凹槽的方形鋁合金模型變形，管和沖擊載荷與位移的）如圖所示 9（ b）。 圖 9 圖 10 圖 10 中給出了沒有槽和槽的管的比較。 結(jié)果表明，當(dāng)采用槽時(shí)，方形截面薄壁管的能量吸收特性明顯。 當(dāng)沖擊載荷的峰值為 70 ， 因此，我們得出結(jié)論，通過選擇適當(dāng)?shù)臋M截面和采用適當(dāng)?shù)陌疾?，可成功?duì)薄壁鋁合金材料的形狀進(jìn)行優(yōu)化。 第 5 頁 致 謝 這項(xiàng)工作得到了黑龍江省教委科技項(xiàng)目（ 12511391）的財(cái)政支持。 第 6 頁 參考文獻(xiàn) [1] A M S 32 (2007), [2] M A M 2006) [3] H. R. . 46(2008), [4] X. Y. X. L. Y. Y. Li . G. 29( 2005), [5] Q. F. et 2009) [6] A et 3001) 第 7 頁 指 導(dǎo) 教 師 評(píng) 語 外文翻譯成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 第 8 頁 注： 1. 指導(dǎo)教師對(duì)譯文進(jìn)行評(píng)閱時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：①翻譯的外文文獻(xiàn)與畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主題是否高度相關(guān)，并作為外文參考文獻(xiàn)列入畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的參考文獻(xiàn)；②翻譯的外文文獻(xiàn)字?jǐn)?shù)是否達(dá)到規(guī)定數(shù)量（ 3 000 字以上）；③譯文語言是否準(zhǔn)確、通順、具有參考價(jià)值。 2. 外文原文應(yīng)以附件的方式置于譯文之后。