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)設計含三維5張CAD圖紙+帶任務書+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，在板料成形技術中，起皺、斷裂、變形不足和回彈等質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，找出導致其出現質量問題的主要因素，并結合分析結果嘗試對現有的沖壓工藝進行合理優(yōu)化，達到提高成品率的目的。

關鍵字 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)化的科學意義 1

1.3 汽車保險杠鋁成型組件質量問題的國內外研究狀況 1

1.3.1 國外研究情況 2

1.3.2 國內研究情況 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本文研究的主要內容 5

1.7本章小結 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 罰函數接觸算法 12

2.6.3 非線性罰函數接觸算法 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 20

第4章 有限元分析過程及結果 21

4.1概述 21

4.2 分析流程及結果 21

4.2.1分析流程 21

4.2.2 分析結果 25

4.3 本章小結 26

第5章 工藝優(yōu)化內容及結果 27

5.1 工藝優(yōu)化的注意事項 27

5.2 工藝優(yōu)化的內容 27

5.3 優(yōu)化效果 30

5.4 本章小結 30

致  謝 31

參考文獻 32

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第 1 頁 譯文標題 汽車鋁合金能量吸收組件的有限元分析和形狀優(yōu)化 原文標題 作 者 an 名 劉艷杰，丁林 李慶芬，王丹 國 籍 中國 原文出處 應用力學與材料 1662 24954 013 士 譯文： 關鍵字 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（ 對汽車鋁合金能量吸收組件的結構進行了仿真分析和優(yōu)化設計。使用 件進行數值模擬。汽車能量吸收組件通常制成薄壁管結構。 在本文中，管是采用鋁合金材料。對薄壁管的有限元模進行分析， 通過比較理論結果和有限元模型結果，得到的結果為二者具有良好的相關性，這表明數值分析是可靠的。 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。 對所研究的幾種類型的橫截面比較， 結果表明，當采用帶槽的方形潔面時，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域的一個重要問題。在世界范圍內，交通事故都是一個嚴重的社會問題。在中國，由于汽車高速撞擊造成的死傷的案例，一直是人們關注的焦點。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。正因為如此，研究低速撞擊中涉及的技術問題，就顯得尤為必要。薄壁管通常裝在汽車前端，是汽車發(fā)生碰撞時能量吸收的重要部件之一。在低速碰撞事故中，薄壁管將會在人的身體受到沖擊之前，預先吸收撞擊所產生的能量，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（ 法對汽車吸能部件進行了低速沖擊試驗研究，并進行了理論驗證。并以此優(yōu)化薄壁管的形狀。 有限元建模 主要性能評價參數：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價參數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，因為它們相對便宜，通用和高效的吸收能量。導致他們被用于各種各樣的沖擊加載應用 [ 5 ]。 在本文中，利用 先創(chuàng)建了一個方形截面管的軸向低速沖擊的有限元模型，（ 70、長 160 ），管有限元網格如圖 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，管是用 7075鋁合金制造的模型，屈服強度 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沖擊下的吸能特性。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之一，為 237427于允許值 180了提高吸能特性，必須對管進行優(yōu)化設計，特別是降低沖擊載荷峰值。 圖 3 圖 4 理論驗證：通過比較理論和有限元模型結果，驗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荷的 例。一些研究人員已 經進行了實驗研究，以更準確地預測工程應用的臨界應力。其中，矩形截面薄壁 第 3 頁 管平均沖擊載荷的經驗公式為 [ 2 ]。 3 (2) 當 σ0 = 12（ σ02 + σu)，其中σ 02屈服強， 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，平均沖擊載荷計算由方程（ 3）計算得： 70/≈ 平均沖擊載荷理論計算結 有限元模型的結果 7結果表明，理論計算結果與有限元模型結果的平均差異為 結果相關性良好。為后續(xù)的分析結果提供了依據。 優(yōu)化設計 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)化薄壁管的形狀結構是必要的。首先關注的是找到一個最佳的橫截面形狀的管。五種類型的薄壁管進行了研究和比較。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。根據相同的有限元建模方法和邊界條件，對五鋁合金管進行了數值模擬。 20 毫秒后沖擊載荷下的管倒塌顯示如圖 6 所示。 對比仿真結果（能量與位移和沖擊載荷與位移）如圖 7 圖 8 所示。我們可以得出結論為：最好的橫截面是形狀方形截面（ a），峰值沖擊負荷對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一步優(yōu)化設計。 圖 5 圖 6 由于薄壁管受到沖擊，管子發(fā)生內外反復收縮變形，如圖 4 所示。根據變形趨勢集槽，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。 結果表明，當采用槽時，方形截面薄壁管的能量吸收特性明顯。 當沖擊載荷的峰值為 70 ， 因此，我們得出結論，通過選擇適當的橫截面和采用適當的凹槽，可成功對薄壁鋁合金材料的形狀進行優(yōu)化。 第 5 頁 致 謝 這項工作得到了黑龍江省教委科技項目（ 12511391）的財政支持。 第 6 頁 參考文獻 [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 教 師 評 語 外文翻譯成績： 指導教師簽字： 年 月 日 第 8 頁 注： 1. 指導教師對譯文進行評閱時應注意以下幾個方面：①翻譯的外文文獻與畢業(yè)設計（論文）的主題是否高度相關，并作為外文參考文獻列入畢業(yè)設計（論文）的參考文獻；②翻譯的外文文獻字數是否達到規(guī)定數量（ 3 000 字以上）；③譯文語言是否準確、通順、具有參考價值。 2. 外文原文應以附件的方式置于譯文之后。