曲面扁壳类汽车覆盖件刚度的控制机制与检测技术研究

The stiffness of autobody panel become more important with the trend of lightweight and streamline of structural design of autobody.And the new topic is presented for the development of domestic autobody panel and independently design and manufacture of domestic new vehicles. The influence laws of sheet metal stamping process parameters, geometrical factors, material properties on the stiffness of cirved shallow shell autobody are in-depth studied through the theoretical analysis, numerical simulation and experimental method.The optimal match of the factors and the comprehensive reflection of various factors on stiffness is explored to reveal the control mechanism of autobody panel stiffness. The quantitative evaluation indicators and inspection criteral of stiffness of crived shallow sheel autobody is established with the finite element analysis based on the linear elastic basic theory of shallow sheel, and the basic formula is given for calculating stiffness of autobody panel in order to guide the structural design, material selection and optimization of process parameters of such autobody.It is importmant practical value and significance for state-owned auto industry, and it is an essential application of basic research to carry out this research.Not only the high academic value, but also important economic and strategic significance to further promote the development and use of domestic panel to improve the competitveness of domestic autobody panel marke, and revivalizaiton of the steel and automotive industries.

汽车覆盖件结构设计的轻量化和流线型趋势使覆盖件刚度问题愈显突出，同时也是对国产汽车板材开发和新型汽车自主设计与制造提出的新课题。通过理论分析、数值模拟和工艺试验相结合的方法，深入研究板材冲压工艺参数、几何因素、材料性能参数等对双曲扁壳件类覆盖件刚度的影响规律，探索各影响因素间的优化匹配，综合反映刚度与各种影响因素之间的比例关系，揭示曲面扁壳类覆盖件刚度的控制机制。基于扁壳线弹性基本理论并利用有限元分析建立完善的双曲面扁壳覆盖件刚度的定量评估指标和检验准则，给出基本的覆盖件刚度参数经验公式,用以指导此类覆盖件的结构设计、选材及工艺参数的优化，具有重要的实际应用价值和现实意义。开展本课题研究，对进一步推动国产板材的开发和利用，提高国产板材的市场竞争力，振兴钢铁和汽车工业，是一项必不可少的应用基础性研究工作，具有较高的学术价值，而且还具有十分重要的经济和战略意义。

汽车覆盖件结构设计的轻量化和流线型趋势使覆盖件刚度问题愈显突出，同时也是对国产汽车板材开发和新型汽车自主设计与制造提出的新课题。本项目通过分析覆盖件形状及冲压成形的特点，确定双曲扁壳件刚度测试试验及数值模拟研究模型，并建立一套曲面扁壳类零件刚度的试验及数值模拟分析系统。试验分析总结出覆盖件刚度的合理的弹性变形范围。基于双曲扁壳类件的载荷-挠度曲线，提出了初始点的斜率K0.3值做为覆盖件的刚度的评价指标，并试验验证了该评价指标的准确性与可靠性。采用数值模拟和试验相结合的方法研究成形工艺因素对刚度的影响规律：刚度测试时，对试件的约束越多，约束力越大，刚度值也越大。约束的改变对刚度的影响要远大于其它工艺条件（压边力和拉深深度）对刚度的影响，提出刚度测试时为准确获得成形工艺条件等对刚度影响的最佳约束方式；成形工艺条件中，压边力在一定范围内，刚度随着压边力的增加而增大；成形时的拉深深度越大，刚度值也越大。得出板材几何形状、凸模曲率半径对刚度的影响规律：板厚及曲率半径对刚度的影响较为显著，板厚越大、曲率半径越小（曲率越大）时，试件的刚度值越大。研究材料性能因素对刚度的影响规律：力学性能对刚度的影响是比较复杂的。屈服强度值越低，弹性模量值越大，硬化指数越大，厚向异性指数越小，强化系数越小，刚度值越大。屈服强度对刚度的影响最为突出，而强化系数对刚度的影响最小。利用数值模拟的方法深入探讨覆盖件刚度影响机制：变形程度越大，成形均匀性越好，残余应力越小且分布均匀，回弹越小，微小面畸变越小，刚度越大；屈服强度越小，硬化指数越大，变形程度越均匀，形状冻结性越好，应力越小且分布更均匀，刚度值越大。. 厚度增加及曲率增大对提高汽车覆盖件刚度具有非常突出的作用，而材料性能参数中低的屈服强度及高硬化指数均有效提高覆盖件刚度。但为满足汽车轻量化及减少风阻的平坦外型设计趋势下，在实际生产中，可以选择合适的材料，通过在覆盖件成形时调整成形工艺条件（如适应增加压边力）从而达到改善汽车覆盖件刚度的目的。对提高刚度并满足汽车工业节能，减排及轻量化的节能设计尤为重要。