基于Abaqus和Isight的汽车前纵梁的冲压成形分析和优化

摘要
钣金件的深冲成形需要充分考虑材料性能、压边力、冲压速度等成形参数对成形质量的影响，比如起皱、开裂和回弹等。冲压仿真的弹-塑性材料和接触引起极高的非线性求解。

采用Abaqus针对非线性冲压成形进行高精度仿真，同时结合Isight对高强钢汽车面板的毛坯尺寸和压边力等参数进行DOE设计，以最优化板料的成形性能，使其在成形极限FLD之内。

关键词：深冲成形， Abaqus，Isight

引言
本文以NUMISHEET 2011 的Benchmark中的汽车纵梁为例，通过优化压边力、板长和板宽，以取得最小化毛坯面积，同时最大减薄率小于20%，避免开裂和起皱。

模具和板料毛坯
冲程为101.8mm，板料轧制方向为Y方向。初始板料尺寸长为1650mm，宽为560mm。



上模、压边圈和下模



拉延筋



冲程

材料性能
高强钢DP590的材料参数和成形极限FLD如下。



高强钢DP590的材料参数



DP590的成形极限FLD

有限元模型
成形仿真采用Abaqus，板料网格单元类型为S4R。



有限元模型

DOE设计和优化
DOE和优化采用Isight中拉丁超立方DOE技术，板长、板宽和压边力被定义为DOE变量，其中板宽被分别定义成板宽1和板宽2以考量非对称。总厚度减薄量和FLD值被定义为响应参数。



毛坯的DOE参数

优化的目标是最小化毛坯面积，约束板厚度STH>1.44mm且FLD值<1。



基于Isight的DOE设计
分析和优化结果



初始模型的厚度云图（最小1.387mm）



初始模型的FLD云图（最大FLDCRT1.180）



影响因子从大到小为板长、板宽1、板宽2和压边力。

设计变量对响应的影响

对于Isight采用不同优化算法，所得的最优结果有所区别。