铝合金力学模型与多尺度动态摩擦模型交互耦合的研究

doi:10.3901/JME.2025.13.222

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (13): 222-230.doi: 10.3901/JME.2025.13.222

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铝合金力学模型与多尺度动态摩擦模型交互耦合的研究

孙建芳¹, 曾志华¹, 苏峰华¹, 袁熙², 谢美婷²

1. 华南理工大学机械与汽车工程学院广州 510640;
2. 佛山市南海蕾特汽车配件有限公司佛山 528244

收稿日期:2024-07-24 修回日期:2025-01-19 发布日期:2025-08-09
作者简介:孙建芳，女，1973年出生，博士，副教授。主要研究方向为铝合金冲压成形仿真模拟和机械摩擦学。E-mail：jfsun@scut.edu.cn;苏峰华(通信作者)，男，1980年出生，博士，教授，博士研究生导师。主要研究方向为铝合金冲压成形优化设计及仿真模拟、机械摩擦学和表面工程。E-mail：fhsu@scut.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金面上(52175168)、广东省基础与应用基础研究基金(2023A1515240006，2024A1515010452)和广东省联合培养基地(佛山)联合培养扶持(2023FCXM002)资助项目。

Study on the Mechanical Model Coupling with Multi-scale Dynamic Tribological Model of Aluminum Alloy

SUN Jianfang¹, ZENG Zhihua¹, SU Fenghua¹, YUAN Xi², XIE Meiting²

1. School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640;
2. Foshan Nanhai Lei Te Automotive Parts Co., Ltd., Foshan 528244

Received:2024-07-24 Revised:2025-01-19 Published:2025-08-09

摘要/Abstract

摘要： 针对铝合金汽车关键零部件冲压成形中破裂、起皱和回弹等质量缺陷问题，进行铝合金力学模型与多尺度动态摩擦模型交互耦合的研究。基于Yoshida-Uemori混合随动硬化模型、Vegter2017屈服准则和成形应变极限曲线构建了铝合金3003力学模型，并将双向拉伸试样进行成形极限减薄率仿真结果与Nakazima试验值对比，验证了Vegter2017屈服准则的有效性。基于3D表面形貌数据和摩擦润滑试验数据构建多尺度动态摩擦模型，并将力学模型与多尺度动态摩擦模型进行交互耦合,且对新能源汽车液冷板冲压成形进行仿真模拟，结果表明，回弹分布和厚度分布的仿真结果与实验值相对误差的平均值分别为3.51%和2.86%。基于力学模型与多尺度动态摩擦模型的交互耦合模型在铝合金冲压成形数值模拟中更具准确性和可行性。

关键词: 铝合金, 力学模型, 多尺度动态摩擦模型, 交互耦合模型

Abstract: With the quality defects such as rupture, wrinkle, springback for the stamping forming process of automotive key parts made of aluminum alloy, the mechanical model coupling with multi-scale dynamic tribological model of aluminum alloy is studied. Based on Yoshida-Uemori mixed-following hardening model, Vegter2017 yield criterion and FLC, mechanical model for aluminum alloy 3003 is constructed Comparing the forming limit simulation results of reduction rate with Nakazim test data for the biaxial tensile test specimen, the effectiveness of the Vegter2017 yield criterion is verified. The multi-scale dynamic friction model is constructed with data of 3D surface morphology and friction lubrication test data. The mechanical model coupling with multi-scale dynamic tribological model is applied in the stamping forming simulation for the liquid-cooling plate of new energy vehicles. The results shows that the mean relative errors of springback distribution and thickness distribution between the simulation values and experimental values are 3.51% and 2.86%, respectively. And the interactive coupling model based on mechanical model and multi-scale dynamic friction model is more accurate and feasible in numerical simulation of aluminum alloy stamping forming.

Key words: aluminum alloy, mechanical model, multi-scale dynamic tribological model, interactive coupling mode

中图分类号:

TG386

孙建芳, 曾志华, 苏峰华, 袁熙, 谢美婷. 铝合金力学模型与多尺度动态摩擦模型交互耦合的研究[J]. 机械工程学报, 2025, 61(13): 222-230.

SUN Jianfang, ZENG Zhihua, SU Fenghua, YUAN Xi, XIE Meiting. Study on the Mechanical Model Coupling with Multi-scale Dynamic Tribological Model of Aluminum Alloy[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2025, 61(13): 222-230.

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铝合金力学模型与多尺度动态摩擦模型交互耦合的研究

Study on the Mechanical Model Coupling with Multi-scale Dynamic Tribological Model of Aluminum Alloy

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