成型片状钢板之跃越失稳的预测系统及方法技术方案

一个简化的工具被提供用于顶板（12,30）之跃越失稳抗力和压痕抗力的同步预测，此顶板包括顶板弓部配置造成的影响、顶板（12,30）的曲度（R1,R2）、顶板（12,30）的厚度和钢的等级。于一实施例中，提供了一种对于局部负载情形下的施加负载（26）预测生成之片状金属板（12）的跃越失稳抗力的方法，其中此片状板（12）具有某些已定义几何构形。此方法包括如下步骤：定义所述片状金属板（12）的第一和第二主曲度半径（R1, R2）；定义所述片状金属板（12）的一厚度（t）；定义介于支撑结构（32）间所述片状金属板一部分的距离（L2）；建立一数学函数以确定跃越失稳之负载偏移行为；以及通过输入这些参数，确定所述片状金属板（12）的可能性以显示各种各样的局部施加负载（26）下的跃越失稳特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及汽车车顶板之压痕抗力和油壶效应的同步预测系统及方法，特别有关车顶弓部的设置、车顶板的曲度、车顶板的厚度和钢的级别如何影显压痕和油壶效应之抗力。
技术介绍
车板(特别是车顶板(roof panel))中发生的与工作性能有关的问题有油壶效应(oil canning)(亦称跃越失稳(snap-through buckling))以及凹痕(dents)。跃越失稳发生于轻型(light gauge)金属产品的内部，特别是那有具有宽平区域的金属产品，例如汽车的车顶板。显然地，跃越失稳和凹痕可以毁了平板的外观，制造不希望有的噪音，也可能降低消费者满意级别。跃越失稳是一个复杂不稳定的现象，其发生于相对平坦的板，许多处理大型薄板的产业都经历此现象。从根本上看，跃越失稳的发生是因为圆拱上的压缩应力。此压缩应力起因于外部负载或制造过程导致的残馀应力。此不稳定性导致其相依于负载类型、板的曲度与支撑结构的依从性(compliance)以及其他变量。薄型拱之跃越失稳的问题先前已有进行相当程度的研究。虽然先前研究采用的边界和负载条件(boundary and loading conditions)有助于解释跃越失稳的现象，但其不是对汽车产业所经历的在役负载条件(in-service loading conditions)而进行的模拟。因此，其结果不能被用来评估车板之跃越失稳抗力(resistance)。对压痕和跃越失稳的抗力是覆盖板(closure panel)的重要特性。对汽车覆盖板的压痕抗力已经做过相当深入的研究，并且已知其相依于钢的等级、厚度和板的曲度。在许多例子中，较高强度等级的钢通过减少厚度达到减重目的的能力受限于板的硬度和其对跃越失稳的抗力。跃越失稳是一种现象，其发生于当板之抗力随著强加之偏移(deflection)增加而突然降低时该板之负载。在有些情况下，此下降之负载伴随著声音的产生。普遍地，压痕和跃越失稳的抗力是按照Auto/Steel Partnership的说明指南、通过对板的物理测试来进行评估。对大量的原型部件进行物理测试可以给出预想的在役压痕抗力和跃越失稳抗力最好的指引或指示，但此需要大量的时间和努力。此外，要被原型化的不同类型的钢需要被鉴定并从钢铁厂取得以进行上述测试。冲压(stamping)和组装试验亦需要在既有生产线的生产过程中协作，而之后最终的原型部件才可被真正的测试。经过最近十年的发展，有限元素分析(Finite Element Analysis,FEA)已经广泛用来对这些性能度量进行评估。此分析方法和过去/失败的标准随制造商不同而不同，并且相依于板的类型和车辆等级。典型地，一个完整的车辆结构模型被简化为暴露之板的结构模型，此模型接著在负载之局部区域进一步优化，并被提交以进行后续的分析和结果。利用此典型方式，可能需要几个礼拜完成分析，才能取得适当的解决方案，确定一个给定之暴露的板较佳的厚度-等级组合。对大部分汽车原始设备制造商(Original Equipment Manufacturers,OEMs)来说，为暴露之板作出的材料决定以符合跃越失稳抗力、硬度和压痕抗力的要求，是至关重要的。如上所述，压痕抗力已经显示出其相依于板之曲度、钢的等级、厚度以及冲压过程给予板片之延展。对钢进行烘烤硬化是一种已知提高板之强度以降低外板重量的方法，同时此方法亦符合该压痕抗力之性能要求，而且通过塗裝烘烤程序(paint bake cycle)提高该板之强度也已被有效使用。本专利申请的专利权人先前已经针对许多等级的钢开发出压痕抗力的预测模型。与物理测试的结果进行比较，此模型已经显示出相当高程度的正确性；但是，目前该模型仅应用于门板。所述系统和方法由Sadagopan等专利技术人描述于美国专利公告第7,158,922B2号。跃越失稳的特点是，回应在局部负载情况下强加之偏移而产生该板之抗力的下降。当片状金属的厚度下降时，对跃越失稳的抗力也会下降。并且，在某些情况下，此抗力的下降伴随著很大的声音。不像压痕抗力，对跃越失稳的抗力相依于板的几何构形、支撑情况和厚度。钢的等级对跃越失稳来说相对不重要。在许多情况下，降低板之规格的能力受制于其跃越失稳抗力。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供顶板之跃越失稳抗力的预测导引。本专利技术另一目的在于对先前开发的门板在线压痕抗力模型进行扩展。利用此工具在交通工具开发设计阶段能够使得曲度半径、钢的级别、厚度和设计决定最佳化和可被选择使用，以符合板之硬度、跃越失稳和压痕抗力之标准。本专利技术的优点是使得OEM厂商避免耗费大量时间进行分析，同时最小化需要高成本维修、调整及后续在程序开发上之改变的情形。本专利技术的再一个目的在于提供合理的结果给理想几何构形和负载条件，以分析与钢的级别、钢的厚度、板的式样和设计选项相关的可能的情况，其可于相当短的时限内完成，比现有分析技术允许的时限还短。本专利技术的又一个目的在于为汽车车顶板提供跃越失稳和压痕抗力预测模型，其中这些模型可结合于单一使用者介面。本发明另一个目的是，当负载位于该板的中央时，预测模型较佳与FEA相关。此预测模型显示顶板之跃越失稳的抗力会被适当之顶弓部的设置所影响，通过将顶弓部设置为彼此靠近可以避免跃越失稳。一个简化的工具被提供用于顶板之跃越失稳抗力和压痕抗力的同步预测，此顶板包括顶板弓部配置造成的影响、顶板的曲度、顶板的厚度和钢的等级。于一实施例中，提供了一种对于局部负载情形下的施加负载预测生成之片状金属板的跃越失稳抗力的方法，其中此片状板具有某些已定义几何构形。此方法包括如下步骤：定义所述片状金属板的一第一主曲度半径；定义所述片状金属板的一第二主曲度半径；定义所述片状金属板的一厚度；定义介于支撑结构间所述片状金属板一部分的距离；建立一数学函数以确定在标准化负载下跃越失稳之负载偏移行为(所述行为此后称为“负载偏移行为”)；以及通过输入所述两主曲度半径、所述板之厚度及介于支撑结构间片状板一部分的距离这些参数与所述数学方法曲线结合，确定所述片状金属板的可能性以显示各种各样的局部施加负载下的跃越失稳特性。所述第一主曲度半径可为片状金属板的前视曲度半径，所述第二主曲度半径可为片状金属板的侧视曲度半径。所述片状金属板可为一顶板，所述距离可为支撑所述顶板之顶弓部间的长度。...

【技术保护点】
一种对于局部负载情形下的一施加负载(26,33)预测生成之一片状金属板(12)的跃越失稳抗力的方法，所述片状板(12)具有某些已定义几何构形，所述方法包含步骤：定义所述片状金属板(12)的一第一主曲度半径(R1)；定义所述片状金属板(12)的一第二主曲度半径(R2)；定义所述片状金属板(12)的一厚度(t)；定义介于支撑结构(32)间所述片状金属板一部分的距离(L2)；建立一数学函数以确定跃越失稳之负载偏移行为；以及通过输入所述主曲度半径(R1,R2)、所述板(12)之厚度(t)及介于支撑结构(32)间所述片状板(12)一部分的距离(L2)这些参数与所述数学方法曲线结合，确定所述片状金属板(12)的可能性以显示各种各样的局部施加负载(26,33)下的跃越失稳特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.09 US 13/4421661.一种对于局部负载情形下的一施加负载(26,33)预测生
成之一片状金属板(12)的跃越失稳抗力的方法，所述片状板(12)
具有某些已定义几何构形，所述方法包含步骤：
定义所述片状金属板(12)的一第一主曲度半径(R1)；
定义所述片状金属板(12)的一第二主曲度半径(R2)；
定义所述片状金属板(12)的一厚度(t)；
定义介于支撑结构(32)间所述片状金属板一部分的距离
(L2)；
建立一数学函数以确定跃越失稳之负载偏移行为；以及
通过输入所述主曲度半径(R1,R2)、所述板(12)之厚度
(t)及介于支撑结构(32)间所述片状板(12)一部分的距离
(L2)这些参数与所述数学方法曲线结合，确定所述片状金属板
(12)的可能性以显示各种各样的局部施加负载(26,33)下的
跃越失稳特性。
2.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，其中
所述第一主曲度半径(R1)为所述片状金属板(12)的一前视曲
度半径。
3.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，其中
所述第二主曲度半径(R2)为所述片状金属板(12)的一侧视曲
度半径。
4.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，其中
所述片状金属板(12)为一顶板(30)，所述厚度(t)为所述顶
板(30)的厚度。
5.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，其中
所述距离(L2)为支撑所述顶板(30)之顶弓部(32)间的长度。
6.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，更包
括建立施加到所述片状金属板(12)之局部负载(26)程序的

\tFEA模型(10)的步骤。
7.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，更包
括基于所述板之几何变量的输入及所述局部负载(26)程序的
FEA模型(10)，对所述片状金属板(12)实际进行实验的步骤。
8.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，其中
所述方法生成一负载对偏移曲线，其显示剧烈的油壶效应包括一
稳定反应曲线和一塌陷或或变形反应曲线。
9.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，其中
所述方法生成一负载对偏移曲线，其显示缓和的油壶效应包括一
稳定反应曲线和一塌陷或或变形反应曲线。
10.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，其中
所述方法生成一负载对偏移曲线，其显示无油壶效应仅具有一稳
定反应曲线。
11.根据权利要求1所述的跃越失稳抗力的预测方法，其中
所述负载是以一平坦压头(33a)施加。
12.一种对于局部负载情形下的一施加负载(26,33)进行
预测生成之一片状金属板(12)的跃越失稳抗力的装置，所述片
状板(12)...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯利蓝·斯达果潘，奥斯卡·蓝兹，
申请(专利权)人：安赛乐米塔尔研发有限公司，
类型：发明
国别省市：西班牙;ES