本文關鍵詞：高強鋼沖壓模具的疲勞壽命分析與結構拓撲優(yōu)化　出處：《湖南大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

  更多相關文章： 高強鋼 沖壓 有限元分析 疲勞壽命 拓撲優(yōu)化

【摘要】：隨著汽車的大量普及,由汽車工業(yè)及相關配套產業(yè)所帶來的社會問題成為人們關注的焦點。為實現可持續(xù)發(fā)展的目標,汽車企業(yè)紛紛推出節(jié)能環(huán)保戰(zhàn)略,大力研發(fā)低油耗、低排放的產品。高強度鋼以其較高的機械強度、良好的成形性能和成熟的制造加工工藝,在車身輕量化以及提高車身強度方面實現了廣泛的應用,成為目前實現汽車節(jié)能減排的主要方法,但同時也給模具的材料選用和結構設計帶來了新的挑戰(zhàn)。相比于傳統低強度鋼板,高強鋼在沖壓過程中需要更高的成形力,沖壓模具長期處于循環(huán)加載的大載荷和高沖擊力環(huán)境下,很容易發(fā)生磨損、破裂等疲勞破壞失效。為避免疲勞現象的產生,很多模具企業(yè)通過進一步加大安全系數來提高模具的疲勞壽命,可結果往往是增加了生產成本,卻沒能改善模具的性能。因此,研究高強鋼沖壓模具的疲勞壽命和結構優(yōu)化具有重要的意義。本文以高強鋼沖壓模具中受力最為惡劣的凸模作為研究對象,通過結構受力分析、疲勞壽命估算和結構拓撲優(yōu)化三方面對凸模的疲勞性能和拓撲結構進行了研究。由結構受力有限元分析結果可知,在沖壓過程中的不同時刻,凸模的等效應力分布并不均勻,大部分集中在圓角和起伏相對明顯的凹凸特征處,這些部位也是容易發(fā)生疲勞破壞的危險位置。選擇應力最大位置作為疲勞分析對象,通過疲勞壽命估算發(fā)現凸模的理論壽命遠大于設計使用壽命,所以凸模的結構存在優(yōu)化空間。再利用拓撲優(yōu)化技術對凸模結構進行了優(yōu)化設計,獲得了更為合理的凸模拓撲結構。通過一系列的分析優(yōu)化,重新設計的凸模質量降幅超過20%,對其進行結構受力分析和疲勞壽命估算,在整個沖壓過程中,雖然凸模的最大等效應力平均值略有增大,但整體與優(yōu)化前相比仍處于同一水平。同時,凸模的峰值應力得到了降低,使其理論疲勞壽命有所增加�；谝陨涎芯糠治鼋Y果,提出了針對小型高強鋼沖壓模具凸模結構的優(yōu)化設計方法與部分關鍵參數的設計標準,為高強鋼沖壓模具的設計開發(fā)提供了可借鑒的參考依據。
[Abstract]:With the popularity of automobile, the social problems brought by automobile industry and related industries have become the focus of attention. In order to achieve the goal of sustainable development, automobile enterprises have launched energy-saving and environmental protection strategy. Research and development of low fuel consumption, low emissions products. High strength steel with its high mechanical strength, good formability and mature manufacturing and processing technology. In the body lightweight and improve the strength of the body to achieve a wide range of applications, become the main way to achieve energy saving and emission reduction. But at the same time, it also brings new challenges to the material selection and structure design of die. Compared with traditional low strength steel plate, high strength steel requires higher forming force in stamping process. For a long time, the stamping die is in the environment of high cyclic load and high impact force, so it is easy to cause fatigue failure, such as wear and tear, etc. In order to avoid the occurrence of fatigue phenomenon. Many die enterprises increase the safety factor to improve the fatigue life of the mould, but the result is that the production cost is increased, but the performance of the die is not improved. It is of great significance to study the fatigue life and structural optimization of high strength steel stamping die. Fatigue performance and topology of punch are studied in three aspects of fatigue life estimation and structural topology optimization. The equivalent stress distribution of the punch is not uniform, and most of them are concentrated in the convex and concave features, which are relatively obvious in angle and undulation. These parts are also dangerous places where fatigue failure is easy to occur. Selecting the maximum stress position as the fatigue analysis object, it is found that the theoretical life of the punch is much longer than the designed service life through the fatigue life estimation. Therefore, there is an optimization space in the structure of the convex module. Then the optimization design of the convex module structure is carried out by using the topology optimization technology, and a more reasonable topological structure of the convex module is obtained. Through a series of analysis and optimization, the structure of the convex module is optimized. The mass reduction of the redesigned punch is more than 20. The structural stress analysis and fatigue life estimation are carried out, although the average maximum equivalent stress of the punch increases slightly during the whole stamping process. However, the whole is still at the same level as before optimization. At the same time, the peak stress of the punch is reduced, and the theoretical fatigue life is increased. The optimization design method of punching die structure of small high strength steel and the design standard of some key parameters are put forward, which can be used as reference for the design and development of high strength steel stamping die.
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U466;TG385.2

【參考文獻】

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6 肖衛(wèi)華;拓撲優(yōu)化理論及其在水工閘門優(yōu)化設計中的應用[D];河海大學;2007年

7 劉偉;空間桁架屈曲約束下的拓撲優(yōu)化設計[D];大連理工大學;2002年

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本文編號：1385771