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热成形过程热力耦合CAE分析及模具工艺优化研究

作　者: 何全福
导　师: 谢晖；陈惠滨
学　校: 湖南大学
专　业: 车辆工程
关键词: 高强度钢板热成形数值模拟多场耦合冷却性能
分类号: U465.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 4次
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内容摘要

热成形工艺是冷冲压与热处理相结合的新型冲压工艺，模具既承受机械设备施加的保压压力，又受到高温板料的加热及冷却水的冷却，造成模具温度与应力的相互关系及变化规律错综复杂。倘若模具冷却工艺不佳，极易造成模具机械性能下降，甚至热疲劳破坏。淬火工艺参数对模具冷却性能影响最为直接，研究模具冷却性能对淬火工艺参数的敏感性，能为淬火工艺参数的优化设计提供依据。本文针对热成形模具温度与应力相互关系及变化规律的复杂性，应用ABAQUS软件对超高强钢板热成形过程进行热力耦合数值模拟，分析发现：凹凸模圆角与板料接触最早且接触时间最长，模具圆角处产生热应力集中；模具温度在淬火初期达到最大值，随着淬火的进行，模具温度冷却速度逐渐减小；模具热应力在2.5s内改变325Mpa，热应力较高的变化频率及过大的变化幅值，极易造成模具热疲劳；模具温度及热应力曲线对比表明，温差是产生热应力的原因，模具热应力随着温度波动变化；无热传递条件下进行模具机械应力分析，测量得到模具应力、热应力、机械应力比例为：11.25:10.31:1，由此可知：模具应力中热应力比重较大。为了研究淬火工艺参数对模具冷却性能的影响，借助MPCCI耦合ABAQUS和FLUENT软件，对热成形淬火阶段进行热流固耦合数值模拟，分析模具冷却性能对淬火工艺参数的敏感性。结果表明，增加保压压力虽然造成模具高温滞留时间延长，但能提高模具的冷却速度；低温、高速冷却水对模具淬火过程最高温影响小，但可有效减少模具高温滞留时间，提高模具冷却速度，降低模具淬火后温度；增加淬火时间可有效降低模具淬火后温度，但随着淬火时间的延长，模具冷却能力增长减缓；模具冷却性能对保压压力最敏感，增加保压压力可有效提高模具冷却性能，同时合理降低冷却水温度，增加冷却水流速，适当延长淬火时间有助于增强模具冷却能力。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
第1章绪论  13-23
  1.1 课题背景  13-14
  1.2 车用高强钢及应用现状  14-16
  1.3 热成形工艺介绍  16-18
  1.4 热成形工艺研究现状  18-22
    1.4.1 热成形工艺实验研究  18-20
    1.4.2 热成形工艺数值模拟分析  20-22
  1.5 课题主要研究内容  22-23
第2章热成形数值模拟相关理论  23-34
  2.1 引言  23
  2.2 有限元分析理论  23-25
    2.2.1 虚功原理  23-24
    2.2.2 动力显式有限元方法  24-25
  2.3 传热分析理论  25-29
    2.3.1 热传递的基本方式  25-26
    2.3.2 传热学基本方程  26-27
    2.3.3 温度场变分原理及有限元求解  27-29
  2.4 热力耦合分析理论  29-31
  2.5 热流固耦合分析原理  31-33
    2.5.1 MPCCI 软件介绍  32
    2.5.2 MPCCI 数据交换原理  32-33
  2.6 本章小结  33-34
第3章高强钢板热成形模具的热力耦合分析  34-44
  3.1 引言  34
  3.2 有限元模型  34-38
    3.2.1 几何模型及边界条件  34-36
    3.2.2 网格模型  36-37
    3.2.3 材料模型  37
    3.2.4 热成形工艺参数  37-38
    3.2.5 实验验证热力耦合模型  38
  3.3 计算结果及分析  38-42
    3.3.1 模具温度及应力整体分布云图  38-39
    3.3.2 模具温度动平衡分析  39-40
    3.3.3 模具热应力分析  40-41
    3.3.4 模具温度及热应力对比分析  41-42
    3.3.5 模具应力对比分析  42
  3.4 本章小结  42-44
第4章热成形淬火工艺优化研究  44-58
  4.1 引言  44
  4.2 敏感性分析理论  44-45
  4.3 热成形热流固耦合有限元模型  45-50
    4.3.1 几何模型  45-47
    4.3.2 材料参数  47
    4.3.3 基于 MPCCI 的热流固耦合有限元模型  47-50
  4.4 热成形模具动平衡分析  50
  4.5 基于 MPCCI 的热流固耦合数值模拟  50-52
  4.6 敏感性分析结果及讨论  52-57
    4.6.1 模具冷却性能对保压压力的敏感性分析  53-54
    4.6.2 模具冷却性能对冷却水温度的敏感性分析  54
    4.6.3 模具冷却性能对冷却水流速的敏感性分析  54-55
    4.6.4 模具冷却性能对保压淬火时间的敏感性分析  55
    4.6.5 模具冷却性能对工艺参数的敏感性比较  55-56
    4.6.6 热成形淬火工艺参数优化分析  56-57
  4.7 本章小结  57-58
第5章结论与展望  58-60
  5.1 结论  58-59
  5.2 展望  59-60
参考文献  60-64
附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录  64-65
致谢  65

热成形过程热力耦合CAE分析及模具工艺优化研究

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