车用铝合金冲压性能的有限元模拟和实验研究 (2)
1.2 国内外研究现状
1.2.1 6000系铝合金 6000 系铝合金作为时下车用合金的热门材料，归根于其良好的力学性能和较小的密度。近年来，汽车各个部分的铝合金的使用比例在逐步扩大。如美国在上世纪 70 年代便研制出了汽车车身板铝合金，日本，德国等工业强国也使用铝合金生产出车体大型材；而各国通过尝试研发不同性能的铝合金用以满足车体不同部位的需求，如使用 6061 生产托架，制动器卡爪；6595 铝合金作为散热器等。不仅如此，Rolls-Royce在世纪初推出一款车身框架完全由铝合金制造的概念性轿车。虽然，车用铝合金仍存在较多的技术难题，但是铝合金在车辆上的全面使用势不可挡。 我国在研发车用铝合金上取得了进展。在理论方面东北大学中南大学等均研究了 6000 系铝合金内部金属元素对于合金力学性能的影响；我国的西南铝加工集团也尝试生产车体型材还与日本合作开发铝合金汽车轮毂。但由于生产技术不能满足使用要求，因此，国内铝合金在工业应用中仍属空白[2]。
1.2.2 成形极限曲线 成形极限曲线最初的概念是由 Keeler提出，于1970 年代与Goodwin 共同定义成形极限图FLD的概念[2]，从此，FLD的测定在板材成形领域便一直是一个重点。迄今为止，各个国家的科学家们研究出了各类方案测量研究材料的成形极限，如通过管料内部的液压胀形，管子首相拉压实现各种应变路径[3]等。其中较为准确且作为国际标准使用的是 Nakazima 半球形凸模胀形法以及 Marciniak 的平冲头凸模胀形法。 由于 FLC 测量过程受到较多因素的制约，不少科学家开始研究其他因素对于 FLD 的影响。Ragab 等通过试验研究了半球形凸模和椭球形凸模对 FLD的影响；Kleemola 研究了板料厚度和应变路径对板料成形极限曲线的影响[4]。 测量计算应变方面，最为常用的是Hecker提出的直接测量法，而后为提高精度，由Bradard等提出的插值法[5]也得到应用并且更新了国际标准。由于机器视觉技术的兴起，在 1989 年，J.H.Vogel 和D.Lee[6]两人首次将计算机视觉技术应用于应变测量上来，初步形成了全场化测量技术。随着计算机技术与精密光学仪器相结合，基于数字图像相关方法已成体系。其中最为代表性的变为德国 GOM 公司研发的 ARAMIS 系统，该系统可以精确的测量全场应变情况，利用国际标准规定的差值方法计算出材料的成形极限曲线 FLC。 国内梁炳文、胡世光等是第一批研究成形极限图的学者[7]，不仅做出理论分析，还开发了相关设备。为后来国内的学者在这方面的研究打下了坚实的基础。如杨玉英等介绍了简易FLD 的制作；95 年由曹宏琛等起草了95 国家标准；并在2008 年实施了ISO12004FLD 后由我国学者进行了改进。南京航空航天大学王辉对通过试验对比研究了各类因素对于 FLD 的影响[8]。 自有限元概念提出之后，有限元仿真技术与工业实际结合便愈加紧密，利用实验与有限元模拟仿真共同确定材料基本性能成为有效的方法。通过有限元模拟仿真对于材料 FLD 进行预测成为了理论研究不可缺少的一部分。
1.3 本文的研究目的与主要内容 本文在实验室条件下，通过设计试验对于所给车用 6000 系铝合金的成形性能进行测量分析，并用 ANSYS 软件进行有限元模拟比对。为工厂对铝合金成形加工提供有效的理论与实验依据。具体内容如下： （1） 通过进行单向拉伸试验测量材料本身的力学性能参数与成形性能参数，获得材料本身特点且为后续试验提供基本数据。 （2） 通过试验方法获得材料的成形极限曲线，对工业上材料成形提供理论依据。 （3） 利用有限元模拟分析上述试验，对比模拟数据与试验数据，分析有限元模拟在预测材料冲压成形性能方面的应用。
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