基于脉动加载汽车后悬架内高压成形实验与仿真分析

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随着汽车在当今世界的不断普及,伴随而来的能源枯竭、大气污染等问题日益显著。在此背景下,通过降低汽车结构重量来实现减缓能源消耗的内高压成形技术成为汽车研究的重要课题。该技术在保证结构刚度与强度的前提下,可减少原材料的使用,实现零件截面的灵活设计,是结构轻量化的有效途径之一。加载路径是影响内高压成形效果的重要因素,脉动加载作为常规加载路径的优化,可有效提升结构件的成形质量。本课题以某车型后悬架为研究对象,对其进行内高压成形技术开发,以其脉动加载内高压成形结果的壁厚分布情况为讨论对象,利用实验测试与数值模拟相结合的方法开展其成形规律的研究。首先分析脉动加载典型圆管胀形为矩形截面管内高压成形的规律,基于此开展脉动加载后悬架内高压成形规律的研究。为了探究脉动加载矩形管件内高压成形规律,自行研制并搭建了小型内高压成形设备。设计了矩形管件型腔结构并加工出成形模具,进而完成常规加载与脉动加载矩形截面管内高压成形实验及实验结果的对比。通过对实验管材的拉伸实验获取了材料的力学性能参数,分别对比了两种加载条件下的实验与仿真结果,验证了数值模拟的正确性。基于此利用非线性有限元软件研究了脉动较常规加载矩形管件成形质量更高的原因以及脉动频率、脉动振幅及脉动波形对其成形质量的影响规律。以此为基础利用仿真软件对后悬架内高压成形全过程进行了数值模拟。分析了脉动加载后悬架内高压成形的仿真结果,并与常规加载仿真结果进行了对比,验证了脉动加载成形条件的优越性。借助工业级内高压成形设备进行后悬架成形样件的试制,对比实验与仿真结果,验证仿真方法的正确性。据此研究脉动加载条件下模具与管件接触表面间的摩擦系数、退火处理以及脉动参数、脉动波形对成形结构件壁厚分布的影响规律。脉动较常规加载成形质量得以提高的原因是材料性能的提升以及模具与管件接触表面间等效摩擦力的减小。在脉动加载后悬架内高压成形过程中,得知只有处于临界频率时,频率才对成形结果产生明显影响。成形质量随振幅的增大而更好。波形按照等效内压力递减的顺序,使成形结果更佳。随着模具与管件间摩擦系数的降低,成形质量更好。在成形过程中进行退火处理可有效改善成形件的质量。本文通过实验测试与数值模拟相结合的方法,完成对脉动加载后悬架内高压成形规律的分析,为脉动加载汽车后悬架内高压成形技术的工程实际运用提供一定参考。
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