一种提高变厚度金属薄壁结构件延伸率的设计方法技术

本发明专利技术提供一种提高变厚度金属薄壁结构件延伸率的设计方法，属于金属结构性能设计领域。该方法根据变厚度金属薄壁结构件厚度分布形式及不同应用场景目标需求，设计不同厚度区域的性能分布，通过差异化热处理技术调控不同厚度区域金属的微观组织，得到目标屈服强度具体分布，提高变厚度金属薄壁结构件的均匀延伸率及在后续成形时的整体变形能力，从而扩大变厚度结构的实际应用范围，为变厚度零部件的推广应用提供助力。广应用提供助力。广应用提供助力。

【技术实现步骤摘要】
一种提高变厚度金属薄壁结构件延伸率的设计方法


[0001]本专利技术涉及金属结构性能设计
，具体而言，尤其涉及一种提高变厚度金属薄壁结构件延伸率的设计方法。

技术介绍

[0002]节能减排大背景下，变厚度金属薄壁结构件因其具有厚度变化特性，可随外部载荷分布情况灵活调整零部件各位置厚度等特点，能够实现保证服役性能基础上的结构减重而备受各行业关注，现已广泛应用于汽车制造领域及其它工业领域。然而，由于变厚度金属薄壁结构件自身具有的厚度变化特性，其在后续成形时的金属内部应力应变分布、金属流动规律及各部分变形速度等成形特征相较于等厚度薄壁结构件更加复杂，因此控制难度极大。为将变厚度薄壁结构件成形为理想变厚度零部件，国内外研究学者做出了大量工作，如采用柔性模块化模具系统对不同区域的模具高度进行灵活调整而提高其成形性，如采用模拟及优化方法对变厚度结构件的成形工艺流程进行优化等。上述方法虽可以提高变厚度金属薄壁结构件成形性，但需对整个成形系统进行较大改动，且只针对某一规格尺寸固定的变厚度结构件。当变厚度结构件尺寸变化时需对成形系统进行重新设计、改造和优化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高变厚度金属薄壁结构件延伸率的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、建立第一模型和第二模型，所述第一模型为变厚度金属薄壁结构件所用金属材料材质、结构形状及具体尺寸，所述第二模型为根据实际服役需求选定的变厚度金属薄壁结构件的厚度分布形式；S2、建立第三模型和第四模型，所述第三模型为根据第一模型和第二模型，通过创新工艺技术或组合工艺技术制备得到的变厚度金属薄壁结构件；所述第四模型为根据第一模型、第二模型和第三模型获得的变厚度金属薄壁结构件的基准延伸率；S3、建立第五模型和第六模型，所述第五模型为根据第二模型和第三模型获得的初始屈服强度力学性能数据；所述第六模型为根据第四模型和第五模型获得的变厚度金属薄壁结构件的目标延伸率；S4、建立第七模型，所述第七模型为对第五模型进行拟合曲线获得的初始屈服强度随厚度变化的连续曲线，即初始屈服强度具体分布；S5、建立第八模型，所述第八模型为根据第四模型、第五模型和第六模型获得的目标屈服强度具体分布，即目标屈服强度随厚度变化的连续曲线；S6、根据第二模型、第七模型和第八模型获得目标屈服强度具体分布与初始屈服强度具体分布之间的差异强度，制定差异化热处理工艺；利用差异化热处理技术对变厚度金属薄壁结构件进行性能调控，通过调整截面承载能力水平控制提高变厚度金属薄壁结构件延伸率的程度及在后续成形时整体变形能力的提高幅度。2.根据权利要求1所述的提高变厚度金属薄壁结构件延伸率的设计方法，其特征在于，所述变厚度金属薄壁结构件的壁厚为0.5 mm～4.5 mm；所述延伸率为均匀延伸率。3.根据权利要求1所述的提高变厚度金属薄壁结构件延伸率的设计方法，其特征在于，所述基准延伸率通过如下步骤获得：步骤一：根据结构具体尺寸及厚度分布形式，设计变厚度单向拉伸标准试样几何尺寸；结构具体形状为板材或带材时，几何尺寸包括试样总长度、原始标距、平行段长度、平行段原始宽度、夹持端宽度及过渡圆弧半径；结构具体形状为线材时，几何尺寸包括试样总长度或原始标距；结构具体形状为管材时，几何尺寸包括试样总长度、原始标距和夹持端高度；步骤二：通过位置选取，采用电火花线切割技术切取具有厚度过渡区的变厚度单向拉伸标准试样，对其进行至少3组单向拉伸力学性能重复测试，将外载出现极高位置处的试样伸长率视作该试样的均匀延伸率，对各组试样拉伸测试得到的均匀延伸率平均处理获得变厚度金属薄壁结构件的基准延伸率；其中，所述厚度过渡区包含在变厚度单向拉伸标准试样的平行段原始标距内；所述变厚度单向拉伸标准试样的平行段宽度均一，不随厚度变化而发生改变；步骤三：利用有限元仿真软件构建变厚度金属薄壁结构件标准拉伸试样模型，并对其单向拉伸过程进行模拟，将模拟结果与实验结果进行对比验证，以确保有限元模型准确性。4.根据权利要求3所述的提高变厚度金属薄壁结构件延伸率的设计方法，其特征在于，所述目标延伸率的选定包括如下步骤：步骤1：根据结构厚度分布形式选取最大厚度和最小厚度，以其为上下限等分位数离散选取N个厚度，通过创新工艺技术制备出N个等厚度金属薄壁结构件，N个等厚度金属薄壁结构件的N个等厚度数值与等分位数离散选取的N个厚度一一对应；其中，N个等厚度金属薄壁
结构件的制造技术与制备变厚度金属薄壁结构件的制造技术相同，N个等厚度金属薄壁结构件之间的制造技术相同；所述N为等分位离散数量，且N≥2，所需结果精确度要求愈高时N值取值愈大；步骤2：根据步骤一和步骤二方法制备对应N个厚度的等厚度单向拉伸标准试样，分别对各试样进行单向拉伸力学性能测试，获得对应N个厚度试样的初始屈服强度力学性能数据；步骤3：基于步骤2中得到的对应N个厚度试样的初始屈服强度，选定该金属材料最大屈服强度和热处理调控力学性能实际能够达到的最小屈服强度，以最小厚度与最大屈服强度乘积、最大厚度与最小屈服强度乘积为承载载荷水平的上下限，具体分为以下几种情况：
①ꢀ
最大厚度与最小屈服强度乘积大于最小厚度与最大屈服强度乘积时，最大厚度与最小屈服强度乘积为承载载荷水平的上限，最小厚度与最大屈服强度乘积则为承载载荷水平的下限；
②ꢀ
最大厚度与最小屈服强度乘积小于最小厚度与最大屈服强度乘积时，最大厚度与最小屈服强度乘积为承载载荷水平的下限，最小厚度与最大屈服强度乘积则为承载载荷水平的上限；
③ꢀ
最大厚度与最小屈服强度乘积等于最小厚度与最大屈服强度乘积时，承载载荷水平不存在上下限，为均一值；所述最大屈服强度为对应N个厚度试样初始屈服强度中最大值；所述最小屈服强度为热处理调控力学性能实际能够达到的最小值；步骤4：分别以承载载荷水平上限和下限为对象，根据各厚度区域截面承载载荷计算公式，计算得到两组屈服强度随厚度分布情况，具体计算公式如下：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）式中，N代表选取的不同厚度编号；F
i
代表步骤3计算得到的承载载荷水平上限或下限；为结构厚度变化范围内除最小厚度值或最大厚度值以外的其它厚度位置屈服强度，为结构厚度变化范围内除最小厚度值或最大厚度值以外的其它厚度；步骤5：确定目标延伸率的上限和下限根据结构具体尺寸及厚度分布形式，设计变厚度单向拉伸标准试样几何尺寸，利用有限元仿真软件构建变厚度金属薄壁结构件标准拉伸试样模型，并对其单向拉伸过程进行模拟，将外载出现极高位置处的试样伸长率视作该试样的均匀延伸率；变厚度金属薄壁结构件标准试样模型中同时赋予厚度分布情况和步骤4中得到的屈服强度分布情况；当赋予承载载荷水平上限和计算得到的屈服强度分布情况时，获得的均匀延伸率为目标延伸率的下限；当...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢日环，李美慧，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：