关于Al—Mg—Si基合金车身板材的冲压皱曲动因数值分析

摘 要：在板材生产过程中常见冲压皱曲缺陷，其直接导致了冲压废品的出现。为了避免上述缺陷的出现，本文分析了Al-Mg-Si基合金车身板材的冲压皱曲动因数值，借助有限元软件对Al-Mg-Si基合金车身板材YBT模型展开了数值模拟，同时探讨了Al-Mg-Si基合金车身板材的皱曲动因，旨在促进新型板材的广泛应用。

关键词：Al-Mg-Si基合金；皱曲动因；数值模拟

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

0 引言

Al-Mg-Si基合金车身板材属于新型车身板材，其具有较高的使用性能，同时，也拥有良好的强度与塑性以及显著的耐蚀性与可涂覆性。但目前，该新型板材仍处于试验研究阶段，为了实现其批量生产与广泛应用，其皱曲动因与皱曲机理研究得到了人们的广泛关注。近几年，关于板材冲压皱曲的研究取得了一系列显著的成果，在各项研究的基础上，本文利用有限元软件与YBT模型对Al-Mg-Si基合金车身板材的冲压皱曲动因数值展开了分析，旨在丰富Al-Mg-Si基合金车身板材研究的理论，促进此新型车身板材的推广。

1 数值模拟求解方法与参数

1.1 Marc/Mentat软件及其求解方法

Marc/Mentat作为有限元程序，具有通用性，它主要是由前后处理界面Mentat与求解器Marc构成的，其在非线性方面发挥着积极的作用，在求解非线性方程组时，常使用Newton-Raphson法或者修正Newton-Raphson法，后者又称常刚度迭代算法。在求解非线性方程组时，迭代求解需要求解一组线性方程组，因此，Marc软件中也包括线性方程组求解法，主要有直接法与迭代法[1]。

1.2 相关参数

数值模拟计算中的参数主要有材料模型、边界条件、接触问题、求解分析，其中确定材料模型的方法为构建方板对角拉伸有限元模型；确定边界条件的方法为设置边界约束条件，如表1所示。

2 关于Al-Mg-Si基合金车身板材的冲压皱曲动因数值分析

2.1 Al-Mg-Si基合金车身板材的显微组织

Al-Mg-Si基合金车身板材的优点为高强度、良好的成形性能与抗腐蚀性能，同时适合点焊，此板材对合金元素所占比重有着较高的要求，通常情况下，Mg与Si均应占0.4～1.2%、Cu应<1.0%、Mn应<0.8%，同时应还有少量的Ti与Cr。在实际研究过程中，使用的材料中合金元素有Ma2Si、Cu、Mn与Ti，在各元素作用下，提高了材料的强度、硬度及塑性。

2.2 位移场、应变场与应力场的变化规律

根据Marc可以获取Al-Mg-Si基合金车身板材YBT模型皱曲的X与Y场位移等值线分布图，其中X场的压缩型位移为双曲线模态，其传播路径为由模型中部传播至两侧，同时，等值线图形呈中心下凹的不均匀分布模态，其中X轴为最大值方位；Y场的伸长型位移为不均匀模态，其传播路径为由模型的两个夹持端传播至模型中部，其中Y轴为最大值方位[2]。

根据Marc可以获取Al-Mg-Si基合金车身板材YBT模型皱曲的纵向与横向应变场等值线分布图，其中纵向呈对称伸长，由模型两侧逐渐递减至模型中部，其中Y轴为最大值方位；横向呈全场性增加，其中X轴中间部位和Y轴是最大值方位。

根据Marc，利用其弹塑性应力应变分析功能，结合相应的应变值，以此求取YBT模型的各点应力状态。对于模型而言，其出现应变与皱曲的关键影响因素便是应力，因此，研究过程中因关注应变分析，以此掌握应力场值的发展与变化，在此基础上，才能够了解板材皱曲失稳的力学特性。根据Al-Mg-Si基合金车身板材YBT模型皱曲的纵向与横向应力场等值线分布图可知，YBT皱曲过程中的纵向应力场呈全场性增加，与拉伸荷载呈正相关，其中最大出现在模型中心，Y轴位最大值方位；横向应力场也呈全场性增加，与拉伸荷载呈正相关，其中X轴中间部位和Y轴中部是最大值方位[3]。

3 总结

综上所述，Al-Mg-Si基汽车车身板材作为新型车身板材尚处于实验室研究阶段，为了全面掌握其定性性、贴膜性及力学性能指标，本文对其冲压皱曲动因数值进行了分析，利用有限元软件与YBT模型，重点阐述了其位移场、应变场与应力场的变化规律，以此掌握了此板材在冲压成形过程中及应力条件作用下的皱曲动因。相信，随着相关性研究的日渐深入，新型车身板材的生产将逐渐具有批量化，同时其应用范围将更加广阔，应用效果也将更加突出。

参考文献：

[1]王安东.汽车车身用新型6000系铝合金板材性能研究[D].大连理工大学，2011.

[2]戴明华.汽车车身6000系铝合金板材温成形技术研究[D].大连理工大学，2014.

[3]杨琳，张艳.试分析合金元素和热处理对Al-Mg-Si基汽车车身板材组织和性能的影响力[J].电子测试，2013（24）：217-218.

基金项目：浙江农业商贸职业学院科研项目《基于铝车身点焊技术的箔夹层焊接改良及工艺研究》（立项号KY201501）

作者简介：卢超（1986-），男，浙江绍兴人，研究生，讲师，研究方向：汽车焊接技术。