超高强钢制电池包动态试验与仿真分析

超高强钢材应用于电动汽车电池包,在有效降低整包质量的同时能够提高抗冲击和防撞性能。为了探究超高强钢制电池包箱体及其内部结构的安全性,对某款电动汽车超高强钢制电池包进行了机械冲击和模拟碰撞两种动态工况试验。试验结果显示在两种试验工况下,电池包箱体均无开裂风险。基于LS_DYNA软件采用有限元方法对电池包进行精细化建模,根据试验加载条件进行仿真分析,仿真结果与试验结果一致。该超高强钢制电池包满足法规中对电池包安全性的相关要求。

考虑模具偏载的高强度钢板冲压模具拓扑优化设计

高强度钢板在车身上的广泛应用使得冲压模具受力恶劣,在模具设计时往往会凭借经验人为放大安全系数以保证模具安全,造成模具整体质量增加,间接造成其制造成本和使用成本上升。为了解决上述问题,以LS-DYNA和Hyperworks作为研究平台,提出了一种以降低质量为目的的模具结构优化方法,实现阶梯形底面盒形件拉深模具的压边圈总质量下降28%,并通过物理试验对优化结果进行了验证。研究表明,拓扑优化技术是减轻冲压模具质量的有效方法。

板料数控渐进成形工具转速对材料成形性及表面质量的影响研究

板料数控渐进成形技术作为一种柔性无模成形技术,不仅显著降低了制件的开发成本、缩短了制造工艺的开发周期,而且显著提高了板材的成形性能,能够制造传统方法无法获得的复杂形状零件。着重研究了板料数控渐进成形中不同工具转速条件(即不同摩擦条件和温度条件)对材料成形极限和表面质量的影响。研究表明,随着工具转速的提高,材料的成形性逐渐改善,而表面质量对工具转速并不敏感。

两种热辅助板料渐进成形技术的适用性研究

热辅助板料渐进成形技术属于传统板料渐进成形技术的一种拓展,特别适用于加工室温条件下难成形的材料。其中,基于摩擦致热原理和电加热原理的热辅助板料渐进成形技术在工艺柔性、装备成本、系统集成复杂度等方面更具优势。主要研究了两种热辅助板料渐进成形技术在加工过程(加工效率和加热效率)中的不同特点;同时,着重探讨了两种技术对不同材料的适用性。研究表明,摩擦致热和电加热板料渐进成形技术在加工效率和加热效率方面各具优势;综合考虑,摩擦致热渐进成形技术更适用于镁合金AZ31B的加工,而电加热辅助板料渐进成形技术更适用于钛合金Ti6Al4V的加工。

高强度钢板复杂零件的冲压压边圈拓扑优化

在分析冲压模具结构的基础上,提出了冲压模具结构拓扑优化方法,建立了以减重为目标的高强度钢板压边圈优化设计方法,并以DP590轿车侧向高强度双向钢底板拉深压边圈为例加以验证.结果表明:与按准则的设计相比,采用拓扑优化设计的压边圈可以减重50%,且其结构的关键位移及最大应力均未受到影响.

超高强度钢薄板扭曲回弹特性的数值模拟与试验分析

为了研究超高强度钢复杂件冲压过程中出现的扭曲回弹现象,设计了可用同一副模具成形的两端开放和一端封闭的2类S梁零件,对其成形后的扭曲回弹特性进行了数值模拟和试验验证.提出了零件整体最大扭曲量的概念,并用其作为评价扭曲回弹程度的指标,分析了压边力、摩擦以及板料轧制方向对于零件扭曲程度的影响.结果表明,在所研究的压边力范围内,扭曲程度随着压边力的减小而减小,摩擦对于2类S梁零件的扭曲回弹的影响呈现不同的规律,在较大压边力和摩擦系数下,采用垂直轧制方向板料成形导致更大的扭曲.研究结果可为预测与减少复杂零件拉深成形扭曲回弹控制提供有益的指导.

板料冲压模具扩孔和渐进成形扩孔的对比分析

分别采用传统的锥形凸模和渐进成形工艺对板料的扩孔特性进行试验,其中渐进成形扩孔的工具轨迹根据传统冲压的锥形凸模的形状设计.探讨了工具轨迹对渐进成形扩孔特性的影响.结果表明:与传统冲压扩孔件相比,渐进成形扩孔件的厚度最薄处位于孔口向外偏置一定距离的圆周上,而不在孔口边缘;渐进成形扩孔件的变形模式为剪切变形和弯曲变形综合作用,扩孔件沿直径的厚度分布与初始板厚不满足正弦定理;与传统的模具冲压扩孔相比,渐进成形的扩孔率提高了24.4%.

QP980超高强钢V型弯曲回弹特性研究

针对第三代QP980超高强钢弯曲时容易出现回弹问题,通过V型弯曲试验研究了弯曲角度和相对弯曲半径对回弹的影响规律,掌握了QP980超高强钢的回弹特性。研究证明:QP980超高强钢的回弹角与相对弯曲半径成正相关性,与弯曲角度成负相关性。同时基于弯曲理论,采用最小二乘法对回弹角与相对弯曲半径和弯曲角度的关系进行拟合,获得QP980超高强钢弯曲回弹预测模型,为QP980超高强钢的弯曲工艺设计提供理论参考。

高低温环境下钢制与铝制电池包热保温性能对比研究

电池包作为纯电动汽车唯一的动力源,其性能易受温度的影响,温度过高或过低都会使电池包的使用性能下降。建立了某款纯电动汽车的铸铝电池包与钢制电池包的热分析有限元模型,对两种电池包在高低温工况下的保温性能进行了对比。仿真结果表明:在高温和低温工况下,两种电池包的保温性能均满足设计要求,电芯与电池包外界环境主要通过热传导的方式进行热量的传递。针对钢制电池包电芯的均温性能较铸铝电池包低的问题,对钢制电池包的保温设计提出了多个优化方案,通过仿真结果进行对比分析得出最优的方案。

基于Kriging近似模型的轿车翼子板冲压工艺优化

近似模型法是目前最有代表性的高效优化方法。因基于多项式的近似模型很难满足板料成形的高度非线性,所以基于Kriging近似模型法,以翼子板的各拉深筋单位长度上所受的拉深筋阻力及压边力为设计变量,以成形后板料的最小厚度为响应量,建立近似模型。通过自适应模拟退火算法寻优,并约束最小厚度的变化范围,提高优化效率。通过优化,成形后板料的最小厚度从0.521mm增加至0.544mm,消除了局部破裂趋势,有效地改善了翼子板的成形质量。研究表明,Kriging近似模型法对板料成形有较高的精度。

低合金超高强度钢HC950LA典型零件应用及回弹控制

目的以低合金超高强度钢HC950LA为对象,研究其在汽车座椅滑轨零件上的典型应用及回弹控制。方法通过V弯试验分析HC950LA在不同弯曲角度下的最小弯曲半径,根据试验结果优化滑轨零件折弯圆角设计,使HC950LA满足滑轨零件的成形性要求,并通过试制滑轨零件,在成形过程中研究回弹控制进行方法。结果 HC950LA沿着垂直于轧制方向的折弯性能较好,成形模具半径可以小至1 mm,满足滑轨零件成形需求。使用HC950LA试制座椅滑轨零件,通过优化产品折弯圆角设计、模具型面调整及改变零件弯曲时的应力分布状态对零件进行回弹控制,零件回弹控制效果明显。结论低合金超高强度钢HC950LA冲压座椅滑轨零件成形性良好,满足零件精度、性能要求。

脉冲电流处理对MS1300马氏体钢组织性能的影响

为了分析脉冲电流处理对MS1300马氏体钢微观组织和宏观力学性能的影响规律,开展了100 s持续脉冲电流处理、等温加热炉处理和短时高密度脉冲电流冲击试验。当有效电流密度不超过5.68 A·mm^(-2)时,脉冲电流处理后几乎不对材料性能和微观组织产生影响。当电流密度为9.15 A·mm^(-2),温度达到427℃时,发生回火脆性,伸长率和抗拉强度与原始试样相比分别降低33.7%和13.4%。而当电流密度为12.07 A·mm^(-2)时,MS1300钢组织中的马氏体相彻底分解并发生再结晶。采用较高电流密度时,脉冲电流处理对马氏体组织转变的作用效果比等温加热炉处理显著,引起的组织转变速度更快。控温下的短时高密度脉冲电流冲击对MS1300钢的性能基本不造成影响,脉冲电流的焦耳热效应占主导地位,非热效应在达到临界温度的前提下才能影响MS1300钢组织性能的变化。

基于纳米压痕和晶体塑性有限元模拟的先进高强钢力学性能辨识

针对双相钢DP980,采用纳米压痕实验、晶体塑性有限元模拟和基于遗传算法的反分析法,辨识其组成相铁素体和马氏体的细观力学性能。首先借助纳米压痕实验获得两相不同取向单晶的纳米压痕力学数据,通过EBSD和原子力显微镜获得单晶的取向和压痕形貌信息,提取形貌轮廓的特征数据。然后通过CPFEM模拟和反分析方法确定铁素体相和马氏体相<111>{110}和<111>{112}两个滑移系的加工硬化行为和材料参数。通过对比模拟和实验结果,验证了所辨识的滑移系硬化方程和材料参数的可靠性。研究方法亦可以用于其它金属材料的细观力学行为和材料参数的辨识。

脉冲电流对MS1300超高强钢拉伸变形行为的影响

通过电辅助拉伸与等温拉伸实验研究了脉冲电流对MS1300超高强钢拉伸变形行为的影响,并采用扫描电镜观察了MS1300超高强钢的微观组织变化。结果表明,在实验值范围内,随着电流密度的增加,MS1300超高强钢的抗拉强度及断后伸长率均先增大后降低,且断后伸长率均大于未通电等温拉伸时的大小。当脉冲电流密度为6.07 A·mm^(-2)时,MS1300超高强钢抗拉强度与断后伸长率最大。脉冲电流的纯电塑性效应降低了MS1300超高强钢的抗拉强度;但当脉冲电流密度为7.14 A·mm^(-2)时,纯电塑性效应对抗拉强度的影响不明显。当脉冲电流密度为6.07 A·mm^(-2)时,纯电塑性效应提高了MS1300超高强钢的断后伸长率。在脉冲电流作用下,MS1300超高强钢中的马氏体分解,碳化物析出,从而降低了变形抗力,提高了塑性。

超高强钢制电池包底部球击试验与仿真方法研究

目的研究超高强钢电池包底部球击工况的仿真分析方法,通过实物试验验证仿真分析方法的准确性。方法通过建立电池包底部球击的仿真模型,对底部球击工况进行数值模拟,分析球击过程中应力-应变分布和底板承受变形的能量情况。开展底部球击实物试验,并与模拟结果进行对比分析。结果在球击过程中,随着球击头撞击底板位移的增大,挤压力逐渐增加,底板变形能量也逐渐增加;当挤压力达到10 kN时,仿真位移为19.127 mm,试验结果位移为20 mm。当位移达到20 mm时,仿真底板变形能量为73.716 J,试验结果为70.581 J,仿真与试验结果较为一致。结论超高强钢电池包在底部球击试验中未发生开裂,满足标准要求,数值模拟方法可以为电池包底部球击工况提供指导。

QP980在汽车座椅靠背边板上的应用与仿真分析

汽车座椅靠背边板零件的热门材料为DP钢,现采用宝钢第三代超高强钢QP980进行冲压,运用Auto Form有限元分析软件模拟QP980冲压成形过程,并对比分析DP980的成形状态,通过试验试制了QP980座椅靠背边板零件,并与仿真结果进行对比。结果表明,在相同工艺条件下,QP980具有更好的成形性,零件安全裕度较大,而DP980有开裂风险;同时CAE仿真能够准确预测零件成形过程中存在的缺陷,并优化工艺参数,指导模具设计工作。

MS1300超高强度钢脉冲电流施加过程多场耦合仿真

为探索电辅助制造工艺在超高强度钢成形上的应用,选用MS1300超高强度钢作为研究对象,首先进行脉冲电流辅助拉伸实验,随后基于电辅助拉伸过程所得的模拟参数,利用ABAQUS软件建立了MS1300钢脉冲电流施加过程的有限元模型,分析了其温度场、电场和应力-应变场间的多场耦合变化规律。仿真结果表明,施加脉冲电流的试样温度分布与测试数据基本一致;试样标距段因截面积小而形成电流集中,该区域温度最高;在温度场与电场的耦合作用下,温度滞后于电势达到稳定状态;温升引发了热应变,应变增大趋势与温升趋势保持一致,应变场云图与温度场云图也具有较高的相似性。

钢制多通道结构液冷板散热特性仿真分析

不锈钢多通道液冷板相比传统铝合金液冷板具有强度高、耐蚀性好、成本低等优点。基于Fluent软件建立了钢制多通道电池包液冷系统的CFD仿真模型,分析了不同通道数液冷板对电池温度和进出口压差的影响规律。结果表明:电池的温度随着液冷板通道数增加而降低,当通道数增加到46以后,对电池温度的影响逐渐趋缓;进出口压差随着液冷板通道数增加而增大,当通道数大于46,其进出口压差呈指数形式上升,综合考虑散热效率和泵功耗,获得了最优通道数及液冷板流道结构。在该结构基础上,对冷却液进口速度和冷却液温度进行了模拟分析。结果表明:冷却液进口速度越大,电池温度越低,但是冷却液进口速度达到0.5 m/s后出现热饱和现象;冷却液温度降低会降低电池的最大温度,但同时会增大电池的最大温差,综合考虑最大温度和最大温差,采用冷却液进口温度控制在25℃较为合理。