關于Al—Mg—Si基合金車身板材的沖壓皺曲動因數值分析

摘 要：在板材生產過程中常見沖壓皺曲缺陷，其直接導致了沖壓廢品的出現。為了避免上述缺陷的出現，本文分析了Al-Mg-Si基合金車身板材的沖壓皺曲動因數值，借助有限元軟件對Al-Mg-Si基合金車身板材YBT模型展開了數值模擬，同時探討了Al-Mg-Si基合金車身板材的皺曲動因，旨在促進新型板材的廣泛應用。

關鍵詞：Al-Mg-Si基合金；皺曲動因；數值模擬

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.07.016

0 引言

Al-Mg-Si基合金車身板材屬于新型車身板材，其具有較高的使用性能，同時，也擁有良好的強度與塑性以及顯著的耐蝕性與可涂覆性。但目前，該新型板材仍處于試驗研究階段，為了實現其批量生產與廣泛應用，其皺曲動因與皺曲機理研究得到了人們的廣泛關注。近幾年，關于板材沖壓皺曲的研究取得了一系列顯著的成果，在各項研究的基礎上，本文利用有限元軟件與YBT模型對Al-Mg-Si基合金車身板材的沖壓皺曲動因數值展開了分析，旨在豐富Al-Mg-Si基合金車身板材研究的理論，促進此新型車身板材的推廣。

1 數值模擬求解方法與參數

1.1 Marc/Mentat軟件及其求解方法

Marc/Mentat作為有限元程序，具有通用性，它主要是由前后處理界面Mentat與求解器Marc構成的，其在非線性方面發揮著積極的作用，在求解非線性方程組時，常使用Newton-Raphson法或者修正Newton-Raphson法，后者又稱常剛度迭代算法。在求解非線性方程組時，迭代求解需要求解一組線性方程組，因此，Marc軟件中也包括線性方程組求解法，主要有直接法與迭代法[1]。

1.2 相關參數

數值模擬計算中的參數主要有材料模型、邊界條件、接觸問題、求解分析，其中確定材料模型的方法為構建方板對角拉伸有限元模型；確定邊界條件的方法為設置邊界約束條件，如表1所示。

2 關于Al-Mg-Si基合金車身板材的沖壓皺曲動因數值分析

2.1 Al-Mg-Si基合金車身板材的顯微組織

Al-Mg-Si基合金車身板材的優點為高強度、良好的成形性能與抗腐蝕性能，同時適合點焊，此板材對合金元素所占比重有著較高的要求，通常情況下，Mg與Si均應占0.4～1.2%、Cu應<1.0%、Mn應<0.8%，同時應還有少量的Ti與Cr。在實際研究過程中，使用的材料中合金元素有Ma2Si、Cu、Mn與Ti，在各元素作用下，提高了材料的強度、硬度及塑性。

2.2 位移場、應變場與應力場的變化規律

根據Marc可以獲取Al-Mg-Si基合金車身板材YBT模型皺曲的X與Y場位移等值線分布圖，其中X場的壓縮型位移為雙曲線模態，其傳播路徑為由模型中部傳播至兩側，同時，等值線圖形呈中心下凹的不均勻分布模態，其中X軸為最大值方位；Y場的伸長型位移為不均勻模態，其傳播路徑為由模型的兩個夾持端傳播至模型中部，其中Y軸為最大值方位[2]。

根據Marc可以獲取Al-Mg-Si基合金車身板材YBT模型皺曲的縱向與橫向應變場等值線分布圖，其中縱向呈對稱伸長，由模型兩側逐漸遞減至模型中部，其中Y軸為最大值方位；橫向呈全場性增加，其中X軸中間部位和Y軸是最大值方位。

根據Marc，利用其彈塑性應力應變分析功能，結合相應的應變值，以此求取YBT模型的各點應力狀態。對于模型而言，其出現應變與皺曲的關鍵影響因素便是應力，因此，研究過程中因關注應變分析，以此掌握應力場值的發展與變化，在此基礎上，才能夠了解板材皺曲失穩的力學特性。根據Al-Mg-Si基合金車身板材YBT模型皺曲的縱向與橫向應力場等值線分布圖可知，YBT皺曲過程中的縱向應力場呈全場性增加，與拉伸荷載呈正相關，其中最大出現在模型中心，Y軸位最大值方位；橫向應力場也呈全場性增加，與拉伸荷載呈正相關，其中X軸中間部位和Y軸中部是最大值方位[3]。

3 總結

綜上所述，Al-Mg-Si基汽車車身板材作為新型車身板材尚處于實驗室研究階段，為了全面掌握其定性性、貼膜性及力學性能指標，本文對其沖壓皺曲動因數值進行了分析，利用有限元軟件與YBT模型，重點闡述了其位移場、應變場與應力場的變化規律，以此掌握了此板材在沖壓成形過程中及應力條件作用下的皺曲動因。相信，隨著相關性研究的日漸深入，新型車身板材的生產將逐漸具有批量化，同時其應用范圍將更加廣闊，應用效果也將更加突出。

參考文獻：

[1]王安東.汽車車身用新型6000系鋁合金板材性能研究[D].大連理工大學，2011.

[2]戴明華.汽車車身6000系鋁合金板材溫成形技術研究[D].大連理工大學，2014.

[3]楊琳，張艷.試分析合金元素和熱處理對Al-Mg-Si基汽車車身板材組織和性能的影響力[J].電子測試，2013（24）：217-218.

基金項目：浙江農業商貿職業學院科研項目《基于鋁車身點焊技術的箔夾層焊接改良及工藝研究》（立項號KY201501）

作者簡介：盧超（1986-），男，浙江紹興人，研究生，講師，研究方向：汽車焊接技術。