汽車保險杠鋁成型組件有限元分析及工藝【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計含三維5張CAD圖紙+帶任務(wù)書+開題報告+文獻綜述+答辯ppt+外文翻譯】

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汽車保險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重以及國家政策的支持和鼓勵，汽車輕量化已越來越被人們所重視，且已逐漸成為當前和未來汽車技術(shù)發(fā)展的主要方向?；诖耍谄囓嚿砑捌淞闩涞募牟牧线x擇上，人們越來越關(guān)注材料本身的重量。其中，鋁合金板材作為一種低密度、高強度、可塑性強的金屬材料，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，還嚴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，成了當前眾多汽車廠商研究的重點。

本文將利用有限元分析軟件ANSYS Workbench對汽車保險杠中鋁成型組件的沖壓成型進行分析研究，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)果嘗試對現(xiàn)有的沖壓工藝進行合理優(yōu)化，達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 汽車保險杠鋁成型組件工藝優(yōu)化的科學(xué)意義 1

1.3 汽車保險杠鋁成型組件質(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汽車保險杠鋁成型組件的發(fā)展趨勢 2

1.5汽車保險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 材料的屈服準則 8

2.3.1 Tresca 屈服準則 8

2.3.2 Von Mises 屈服準則 9

2.4材料的硬化準則 9

2.4.1各向同性硬化準則 9

2.4.2隨動硬化準則 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 保險杠組件沖壓成型工藝 15

3.1 保險杠組件沖壓成型的的工藝特點 15

3.2 保險杠組件沖壓工藝的詳細說明 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 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 32

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Finite Element Analysis and Shape Optimization of Aluminum Alloy Automobile Energy-absorbing Components.pdf

汽車保險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 機電工程學(xué)院 車輛工程專業(yè) 2013級 論 文 摘 要 近年來，隨著環(huán)境污染、能源枯竭等問題的日趨嚴重以及國家政策的支持和鼓勵，汽車輕量化已越來越被人們所重視，鋁合金板材作為一種低密度、高強度、可塑性強的金屬材料，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，還嚴重制約了鋁合金板材在汽車制造中的使用。 本文將利用有限元分析軟件 出導(dǎo)致其出現(xiàn)質(zhì)量問題的主要因素，并結(jié)合分析結(jié)果嘗試對現(xiàn)有的沖壓工藝進行合理優(yōu)化，達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 、 研究思路及過程 三 、研究結(jié)果及實驗數(shù)據(jù) 課題背景內(nèi)容 課題背景內(nèi)容 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(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 社會背景 由于 環(huán)境污染 、 空氣惡化等社會問題日趨嚴重 ， 節(jié)能環(huán)保的觀念越來越深入人心 。據(jù)統(tǒng)計 ， 汽車每減重 10%， 油耗可降低 6%～ 8%， 車身質(zhì)量占汽車總質(zhì)量的 40%－60%， 因此 ， 可以說 ， 減輕車身重量對于節(jié)約能源減少排放有著十分重要的作用 。 運用鋁合金等輕質(zhì)制造車身及汽車配件 雖然可以有效的降低車身重量 ， 但是由于在成型技術(shù)原因 ， 在鋁合金沖壓成型過程中往往會出現(xiàn)許多質(zhì)量問題 ， 這不僅造成資源浪費 ， 在一定程度上還制約了車身輕量化技術(shù)的發(fā)展 。 企業(yè)實際背景 卡酷思汽車配件 （ 廊坊 ） 有限責(zé)任公司的主要產(chǎn)品中 ， 設(shè)計到鋁合金沖壓成型的主要是保險組件 。 該產(chǎn)品由于輪廓尺寸較大 ， 且形狀復(fù)雜 ， 所以在實際生產(chǎn)過程中經(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)在公司希望通過對現(xiàn)有工藝過程進行合理優(yōu)化 ， 以提高該產(chǎn)品的合格率 ， 達到降低損失的目的 。 課題背景內(nèi)容 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(shù)據(jù) 1. 課題背景 2. 研 究意義 3. 理論基礎(chǔ) 6 研究意義 汽車保險杠鋁成型組件工藝優(yōu)化的科學(xué)意義 汽車保險杠是汽車上一個重要的結(jié)構(gòu)部件 ， 承受著汽車碰撞時的巨大沖擊力 ， 對汽車的安全性起著至關(guān)重要的作用 。 其中 ， 保險杠結(jié)構(gòu)中的部分組件采用鋁合金板材沖壓成型 ， 而在成型過程中極易出現(xiàn)起皺 、 破裂 、 變形不足和回彈等質(zhì)量問題 ， 若能通過合理的工藝優(yōu)化 ， 解決此類質(zhì)量問題 ， 那么不僅能使車身輕量化的研究更進一步 ， 對于眾多汽車廠商來說 ， 還能大大節(jié)約成本 ， 提高運營利潤 。 01 02 對汽車領(lǐng)域來說，能促進車身輕量化的研究 對企業(yè)工廠來說，能大大節(jié)約成本，提高運營利潤。 課題背景內(nèi)容 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(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用 材料成型方面，還需要用到以下理論： 材料屈服準則理論 材料硬化準則理論 描述 當金屬材料受力時，材料內(nèi)部的質(zhì)點由彈性狀態(tài)逐漸過度到塑性狀態(tài)的準則 。 描述 在金屬塑性變形過程中，隨著應(yīng)變的增加，應(yīng)力會急劇增大，此時就會發(fā)生加工硬化現(xiàn)象 的準則。 沖壓過程應(yīng)力加載和卸載理論 沖壓過程接觸算法理論 預(yù)測和判定材料進入屈服狀態(tài)后，其塑性應(yīng)變增量方向 的準則。 沖壓成型有限元分析數(shù)值模擬過程通 常采用的處理方法 。 研究思路及過程 課題背景內(nèi)容 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(shù)據(jù) 1. 研究思路 2. 研究過程 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 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(shù)據(jù) 1. 研究思路 2. 研究過程 10 研究過程 （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 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(shù)據(jù) 1. 研究思路 2. 研究過程 11 研 究過程 （仿真分析） 創(chuàng)建分析項目 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 該課題的重點內(nèi)容之一是有限元分析仿真，對于該零件的成型過程，本次研究采用非線性靜力分析過程求解。非線性靜力分析的過程較為復(fù)雜，但主要可以概括為以下幾個步驟。 課題背景內(nèi)容 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(shù)據(jù) 1. 研究思路 2. 研究過程 12 研 究過程 （工藝優(yōu)化 ) 要點 與設(shè)計新工藝相比，對現(xiàn)有的工藝進行優(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)帶來巨大利潤；反之，不僅達不到預(yù)期效果，而且還會對正常生產(chǎn)計劃產(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，對于本課題，結(jié)合企業(yè)的實際情況，在優(yōu)化的過程中需要考慮以下幾點： ?優(yōu)化結(jié)果對產(chǎn)品的影響 ?優(yōu)化結(jié)果對產(chǎn)能的影響 ?優(yōu)化成本的投入 研究結(jié)果及實驗數(shù)據(jù) 課題背景內(nèi)容 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(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 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(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 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(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 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(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 值 單位 實驗總數(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 值 單位 實驗總數(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)均由具體實驗記錄所得，真實有效。其優(yōu)化內(nèi)容包含工藝參數(shù)優(yōu)化和潤滑方式優(yōu)化。 優(yōu)化前 優(yōu)化前 課題背景內(nèi)容 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(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 分析結(jié)論 結(jié)論一 結(jié)論二 工藝參數(shù)及潤滑方式對產(chǎn)品的成型效果有較大影響，合理的工藝參數(shù)及良好的潤滑條件有助于提高產(chǎn)品合格率。 除工藝參數(shù)及潤滑方式外，還存在其他因素影響產(chǎn)品質(zhì)量，當前合格率還有很大的提升空間。 課題背景內(nèi)容 研究思路及過程 研究結(jié)果及實驗數(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 改善材料機械性能 措施一 改變成型過程中的壓邊方式 措施二 增加預(yù)成型工序步驟 措施三 感謝各 位老師和專 家耐心聆聽 指導(dǎo)老師 ：許文娟 答辯人 ：馬關(guān)益