CN113139238A - 基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法，属于汽车高强度钢冲压回弹计算技术领域，包括以下步骤：设定优化目标以及确定阈值，选取优化参数；基于已有的冲压回弹模型，结合所选取的优化参数，建立新的本构优化模型；利用有限元软件进行U形槽冲压成形仿真分析，并与实际U形槽冲压实验进行对比，计算误差并与阈值比较；校核本构模型，进一步优化参数，重复上述步骤，直至满足阈值；确定优化参数，利用材料本构优化模型对汽车高强度钢冲压件进行回弹仿真。本发明通过以上设计，提高仿真材料的高精度。

Description

基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法
技术领域
本发明属于汽车高强度钢冲压回弹计算技术领域，尤其涉及一种基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法。
背景技术
超高强钢因其极为优秀的力学性能和较低的经济成本而成为汽车产业中备受青睐的金属材料。但超高强钢板材在冲压成形时，屈服极限会急剧升高，导致工件产生较大的回弹。当回弹量超过一定界限，就会成为一种缺陷，严重影响工件性能，降低工件寿命。目前针对高强度钢的冲压回弹本构模型，由于材料参数与实际回弹量之间没有明显的线性关系，即忽略了材料性能演化对本构模型非线性的影响，导致模型不能反映某一特定参数对回弹过程的影响，进而导致计算结果与实际出现较大误差。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法，解决了现有技术中计算结果精度不高的问题。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
本方案提供一种基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法，包括以下步骤：
S1、设定优化目标以及确定阈值，并选取优化参数；
S2、结合所选取的优化参数，建立材料本构优化模型；
S3、对所述材料本构优化模型进行U形槽冲压成形仿真分析，并将分析结果与实际U形槽冲压实验进行对比，得到误差，并将误差与阈值进行对比；
S4、根据对比结果对材料本构优化模型进行校核，并判断校核结果是否满足阈值，若是，则进入步骤S5，否则，返回步骤S3；
S5、利用所述材料本构优化模型对汽车高强度钢冲压件进行回弹仿真，完成对汽车高强度钢冲压回弹优化。
本发明的有益效果是：本发明通过对冲压回弹模型的修正，获得了汽车高强钢的本构优化模型，能够得到更加精准的冲压回弹预测模型，从而提升对整个冲压回弹工艺的控制和优化。本发明不仅适用于汽车高强钢，对于其他材料的本构模型优化和回弹预测也提供了一种新的方法。
进一步地，所述步骤S1中选取优化参数的表达式如下：
Figure BDA0003046499120000021
Figure BDA0003046499120000022
Figure BDA0003046499120000023
a＝B+R-Y
Figure BDA0003046499120000024
Figure BDA0003046499120000025
其中，
Figure BDA0003046499120000026
表示相对背应力速率，C表示与材料有关的常数，a表示边界面和屈服面的差值，ε表示应变，np和n*均表示单位化后的张量，
Figure BDA0003046499120000027
表示背应力的Mises模量，γ表示新参量，
Figure BDA0003046499120000028
表示等效塑性应变率，
Figure BDA0003046499120000029
表示塑性变形率，B表示边界面初始大小，R表示边界面等效硬化量，Y表示初始屈服应力材料参数，σ表示柯西应力，a*表示表示相对背应力。
上述进一步方案的有益效果是：引入新参量，通过调节新参量的取值来提高模型精度。
再进一步地，所述步骤S2包括以下步骤：
S201、建立包括新参量的初始材料本构模型，选取材料本构优化模型的汽车高强钢；
S202、对汽车高强钢进行拉伸-压缩实验，得到应力-应变曲线数据；
S203、根据所述应力-应变曲线数据，结合所选取的参数，并利用最小二乘法拟合构建材料本构优化模型。
上述进一步方案的有益效果是：建立起较为精准的汽车高强钢本构模型作为模拟结果的实验对照组。
再进一步地，所述步骤S201中新参量的表达式如下：
Figure BDA0003046499120000031
Figure BDA0003046499120000032
Figure BDA0003046499120000033
其中，γ表示新参量，ε0.2表示屈服时对应的应变，k表示可变参数，ε表示应变，d表示劲缩系数，εb表示抗拉时对应的应变，εfianl表示最终拉断时对应的应变，β表示发生塑性时硬/软化系数。
上述进一步方案的有益效果是：采用新参量的分段数学表达式，进一步提高模型的适用性和准确性。
再进一步地，所述步骤S3中的误差阈值的范围为1-5mm区间。
上述进一步方案的有益效果是：相较于现有模型，新方法有效减小了误差限，提高了冲压回弹模拟的精度。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本实施例中基于ABAQUS软件的U型槽模拟冲压回弹的应力分布图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例
如图1所示，本发明提供了一种基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法，其实现方法如下：
S1、设定优化目标以及确定阈值，并选取优化参数；
本实施例中，冲压回弹时，材料弹性模量为：
Figure BDA0003046499120000041
式中，E0为初始杨氏模量，Ea为最小杨氏模量，ζ为衰减系数，
Figure BDA0003046499120000042
为等效塑性应变。
冲压回弹时可以屈服面x和边界面X及其分别对应的背应力α、β进行描述：
Figure BDA0003046499120000043
Figure BDA0003046499120000044
其中，
Figure BDA0003046499120000045
为通过屈服函数计算的等效应力，σ为柯西应力，Y为初始屈服应力材料参数，B为边界面初始大小，R为边界面等效硬化量，β为边界面X对应的背应力。
屈服面和边界面的相对运动量由a*来表示：
a*＝a-β (4)
对于边界面的各向同性硬化有：
Figure BDA0003046499120000051
其中，Rsat为各向同性硬化应力R的饱和值，m为等向硬化率的材料参数。
冲压回弹时，考虑屈服面控制函数，相对背应力速率
Figure BDA0003046499120000052
定义为：
Figure BDA0003046499120000053
其中：
Figure BDA0003046499120000054
Figure BDA0003046499120000055
a＝B+R-Y (9)
Figure BDA0003046499120000056
Figure BDA0003046499120000057
其中，C是与材料有关的常数，
Figure BDA0003046499120000058
是等效塑性应变率，np和n*是单位化后的张量。
在上式中，通过两种钢材的有限实验将γ值取定为0.5，但控制函数实质上反映了材料性能的演化，其非线性系数应该由材料性能决定。因此γ应当为材料参数，而非模型中与材料无关的常量。现通过对超高强钢的γ值进行测定优化，来达到提高精度的目的。
S2、结合所选取的优化参数，建立材料本构优化模型，其实现方法如下：
S201、建立包括新参量的初始材料本构模型，选取材料本构优化模型的汽车高强钢；
S202、对汽车高强钢进行拉伸-压缩实验，得到应力-应变曲线数据；
S203、根据所述应力-应变曲线数据，结合所选取的参数，并利用最小二乘法拟合构建材料本构优化模型。
本实施例中，建立含新参量γ的初始材料本构模型f(σ,ε)选取需要建立模型的汽车高强钢，进行拉伸-压缩实验，得到应力-应变曲线数据。通过最小二乘法拟合建立实验应力-应变本构模型，具体如下所示，并带入以上模型中进行计算描述：
Figure BDA0003046499120000061
Figure BDA0003046499120000062
Figure BDA0003046499120000063
其中，ε为应变；ε0.2为屈服时对应的应变；εb为抗拉时对应的应变；εfianl为最终拉断时对应的应变；β为发生塑性时硬/软化系数；d为劲缩系数。综上，方程(12)-(14)带入相对背应力速率
Figure BDA0003046499120000064
即为本构优化模型
S3、对所述材料本构优化模型进行U形槽冲压成形仿真分析，并将分析结果与实际U形槽冲压实验进行对比，得到误差，并将误差与阈值进行对比；
S4、根据对比结果对材料本构优化模型进行校核，并判断校核结果是否满足阈值，若是，则进入步骤S5，否则，返回步骤S3；
S5、利用所述材料本构优化模型对汽车高强度钢冲压件进行回弹仿真，完成对汽车高强度钢冲压回弹优化。
本实施例中，设定回弹量优化目标，使得仿真回弹与实际回弹结果绝对误差控制在1-5mm的区间内。鉴于一般钢材的γ值约为0.5，选取γ的值介于0.40-0.60，采取间隔一定步长后取值代入的方法，逐一与实验组进行对比，校核本构模型。若不满足，则重复以上步骤，直到最终参数满足绝对误差达到优化目标。利用修正后、满足仿真精度的材料本构模型对汽车高强度钢冲压件进行回弹仿真，得到准确的结果。
本发明通过对冲压回弹模型的修正，获得了汽车高强钢的材料本构优化模型，能够得到更加精准的冲压回弹预测模型，从而提升对整个冲压回弹工艺的控制和优化。本发明不仅适用于汽车高强钢，对于其他材料的本构模型优化和回弹预测也提供了一种新的方法。

Claims (5)

1.基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设定优化目标以及确定阈值，并选取优化参数；
S2、结合所选取的优化参数，建立材料本构优化模型；
S3、对所述材料本构优化模型进行U形槽冲压成形仿真分析，并将分析结果与实际U形槽冲压实验进行对比，得到误差，并将误差与阈值进行对比；
S4、根据对比结果对材料本构优化模型进行校核，并判断校核结果是否满足误差阈值，若是，则进入步骤S5，否则，返回步骤S3；
S5、利用所述材料本构优化模型对汽车高强度钢冲压件进行回弹仿真，完成对汽车高强度钢冲压回弹优化。
2.根据权利要求1所述的基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法，其特征在于，所述步骤S1中选取优化参数的表达式如下：
Figure FDA0003046499110000011
Figure FDA0003046499110000012
Figure FDA0003046499110000013
a＝B+R-Y
Figure FDA0003046499110000014
Figure FDA0003046499110000015
其中，
Figure FDA0003046499110000016
表示相对背应力速率，C表示与材料有关的常数，a表示边界面和屈服面的差值，ε表示应变，np和n*均表示单位化后的张量，
Figure FDA0003046499110000017
表示背应力的Mises模量，γ表示新参量，
Figure FDA0003046499110000018
表示等效塑性应变率，
Figure FDA0003046499110000019
表示塑性变形率，B表示边界面初始大小，R表示边界面等效硬化量，Y表示初始屈服应力材料参数，σ表示柯西应力，a*表示表示相对背应力。
3.根据权利要求1所述的基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S201、建立包括新参量的初始材料本构模型，选取材料本构优化模型的汽车高强钢；
S202、对汽车高强钢进行拉伸-压缩实验，得到应力-应变曲线数据；
S203、根据所述应力-应变曲线数据，结合所选取的参数，并利用最小二乘法拟合构建材料本构优化模型。
4.根据权利要求3所述的基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法，其特征在于，所述步骤S201中新参量的表达式如下：
Figure FDA0003046499110000021
Figure FDA0003046499110000022
Figure FDA0003046499110000023
其中，γ表示新参量，ε0.2表示屈服时对应的应变，k表示可变参数，ε表示应变，d表示劲缩系数，εb表示抗拉时对应的应变，εfianl表示最终拉断时对应的应变，β表示发生塑性时硬/软化系数。
5.根据权利要求1所述的基于材料本构优化模型的汽车高强度钢冲压回弹优化方法，其特征在于，所述步骤S4中的误差阈值为1-5mm区间。
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