關(guān)于Al—Mg—Si基合金車(chē)身板材的沖壓皺曲動(dòng)因數(shù)值分析

摘 要：在板材生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)沖壓皺曲缺陷，其直接導(dǎo)致了沖壓廢品的出現(xiàn)。為了避免上述缺陷的出現(xiàn)，本文分析了Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材的沖壓皺曲動(dòng)因數(shù)值，借助有限元軟件對(duì)Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材YBT模型展開(kāi)了數(shù)值模擬，同時(shí)探討了Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材的皺曲動(dòng)因，旨在促進(jìn)新型板材的廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Al-Mg-Si基合金；皺曲動(dòng)因；數(shù)值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.016

0 引言

Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材屬于新型車(chē)身板材，其具有較高的使用性能，同時(shí)，也擁有良好的強(qiáng)度與塑性以及顯著的耐蝕性與可涂覆性。但目前，該新型板材仍處于試驗(yàn)研究階段，為了實(shí)現(xiàn)其批量生產(chǎn)與廣泛應(yīng)用，其皺曲動(dòng)因與皺曲機(jī)理研究得到了人們的廣泛關(guān)注。近幾年，關(guān)于板材沖壓皺曲的研究取得了一系列顯著的成果，在各項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，本文利用有限元軟件與YBT模型對(duì)Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材的沖壓皺曲動(dòng)因數(shù)值展開(kāi)了分析，旨在豐富Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材研究的理論，促進(jìn)此新型車(chē)身板材的推廣。

1 數(shù)值模擬求解方法與參數(shù)

1.1 Marc/Mentat軟件及其求解方法

Marc/Mentat作為有限元程序，具有通用性，它主要是由前后處理界面Mentat與求解器Marc構(gòu)成的，其在非線性方面發(fā)揮著積極的作用，在求解非線性方程組時(shí)，常使用Newton-Raphson法或者修正Newton-Raphson法，后者又稱(chēng)常剛度迭代算法。在求解非線性方程組時(shí)，迭代求解需要求解一組線性方程組，因此，Marc軟件中也包括線性方程組求解法，主要有直接法與迭代法[1]。

1.2 相關(guān)參數(shù)

數(shù)值模擬計(jì)算中的參數(shù)主要有材料模型、邊界條件、接觸問(wèn)題、求解分析，其中確定材料模型的方法為構(gòu)建方板對(duì)角拉伸有限元模型；確定邊界條件的方法為設(shè)置邊界約束條件，如表1所示。

2 關(guān)于Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材的沖壓皺曲動(dòng)因數(shù)值分析

2.1 Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材的顯微組織

Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材的優(yōu)點(diǎn)為高強(qiáng)度、良好的成形性能與抗腐蝕性能，同時(shí)適合點(diǎn)焊，此板材對(duì)合金元素所占比重有著較高的要求，通常情況下，Mg與Si均應(yīng)占0.4～1.2%、Cu應(yīng)<1.0%、Mn應(yīng)<0.8%，同時(shí)應(yīng)還有少量的Ti與Cr。在實(shí)際研究過(guò)程中，使用的材料中合金元素有Ma2Si、Cu、Mn與Ti，在各元素作用下，提高了材料的強(qiáng)度、硬度及塑性。

2.2 位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律

根據(jù)Marc可以獲取Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材YBT模型皺曲的X與Y場(chǎng)位移等值線分布圖，其中X場(chǎng)的壓縮型位移為雙曲線模態(tài)，其傳播路徑為由模型中部傳播至兩側(cè)，同時(shí)，等值線圖形呈中心下凹的不均勻分布模態(tài)，其中X軸為最大值方位；Y場(chǎng)的伸長(zhǎng)型位移為不均勻模態(tài)，其傳播路徑為由模型的兩個(gè)夾持端傳播至模型中部，其中Y軸為最大值方位[2]。

根據(jù)Marc可以獲取Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材YBT模型皺曲的縱向與橫向應(yīng)變場(chǎng)等值線分布圖，其中縱向呈對(duì)稱(chēng)伸長(zhǎng)，由模型兩側(cè)逐漸遞減至模型中部，其中Y軸為最大值方位；橫向呈全場(chǎng)性增加，其中X軸中間部位和Y軸是最大值方位。

根據(jù)Marc，利用其彈塑性應(yīng)力應(yīng)變分析功能，結(jié)合相應(yīng)的應(yīng)變值，以此求取YBT模型的各點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)。對(duì)于模型而言，其出現(xiàn)應(yīng)變與皺曲的關(guān)鍵影響因素便是應(yīng)力，因此，研究過(guò)程中因關(guān)注應(yīng)變分析，以此掌握應(yīng)力場(chǎng)值的發(fā)展與變化，在此基礎(chǔ)上，才能夠了解板材皺曲失穩(wěn)的力學(xué)特性。根據(jù)Al-Mg-Si基合金車(chē)身板材YBT模型皺曲的縱向與橫向應(yīng)力場(chǎng)等值線分布圖可知，YBT皺曲過(guò)程中的縱向應(yīng)力場(chǎng)呈全場(chǎng)性增加，與拉伸荷載呈正相關(guān)，其中最大出現(xiàn)在模型中心，Y軸位最大值方位；橫向應(yīng)力場(chǎng)也呈全場(chǎng)性增加，與拉伸荷載呈正相關(guān)，其中X軸中間部位和Y軸中部是最大值方位[3]。

3 總結(jié)

綜上所述，Al-Mg-Si基汽車(chē)車(chē)身板材作為新型車(chē)身板材尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，為了全面掌握其定性性、貼膜性及力學(xué)性能指標(biāo)，本文對(duì)其沖壓皺曲動(dòng)因數(shù)值進(jìn)行了分析，利用有限元軟件與YBT模型，重點(diǎn)闡述了其位移場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律，以此掌握了此板材在沖壓成形過(guò)程中及應(yīng)力條件作用下的皺曲動(dòng)因。相信，隨著相關(guān)性研究的日漸深入，新型車(chē)身板材的生產(chǎn)將逐漸具有批量化，同時(shí)其應(yīng)用范圍將更加廣闊，應(yīng)用效果也將更加突出。

參考文獻(xiàn)：

[1]王安東.汽車(chē)車(chē)身用新型6000系鋁合金板材性能研究[D].大連理工大學(xué)，2011.

[2]戴明華.汽車(chē)車(chē)身6000系鋁合金板材溫成形技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué)，2014.

[3]楊琳，張艷.試分析合金元素和熱處理對(duì)Al-Mg-Si基汽車(chē)車(chē)身板材組織和性能的影響力[J].電子測(cè)試，2013（24）：217-218.

基金項(xiàng)目：浙江農(nóng)業(yè)商貿(mào)職業(yè)學(xué)院科研項(xiàng)目《基于鋁車(chē)身點(diǎn)焊技術(shù)的箔夾層焊接改良及工藝研究》（立項(xiàng)號(hào)KY201501）

作者簡(jiǎn)介：盧超（1986-），男，浙江紹興人，研究生，講師，研究方向：汽車(chē)焊接技術(shù)。