汽车激光拼焊板的成形及仿真技术

本书作者优势明显，产品为不可复制。
本书的编写出版，必将对行业有指导作用，填补专项研究空白成为行业开拓型书目 

本书主要包括三大块，拼焊板力学性能及成形行为、拼焊板成形仿真技术以及拼焊板设计及应用等。第壹章，激光拼焊板的单拉力学性能；基于塑性力学理论建立了直线焊缝差厚拼焊板的力学解析模型，分析了焊缝条件（包括焊缝位置和焊缝方向）对拼焊板单拉性能的影响规律。分别针对横向和纵向焊缝拼焊板，讨论应变不均匀性对单向拉伸性能的影响。第二章激光拼焊板成形性能；拼焊板成形过程中主要的特点是变形不均匀，为了掌握其变形特点，研究拼焊板成形变形不均匀性的理论，提出拼焊板焊缝移动模型及成形极限解析模型，深入分析焊缝两侧母材应变路径动态变化的机理。根据拼焊板变形不均匀行为建立适用拼焊板的综合成形极限图，并进一步研究了曲线焊缝拼焊板成形性。第三章激光拼焊板本构关系及综合强度比；为综合母材力学性能和厚度对拼焊板变形的影响，提出综合强度比来描述母材综合性能。第四章激光拼焊板材料参数对其成形性能的影响；基于综合强度比，讨论力学性能参数和厚度对综合强度比的影响规律和程度。第五章激光拼焊板焊缝性能与仿真建模；仿真技术能获得拼焊板变形特征详细过程，然而，精度受到多种因素影响，特别是焊缝力学性能和建模方式。为此，基于数字图像相干技术提出了拼焊板焊缝力学性能识别方法。研究了焊缝力学性能及形状对成形行为的影响，提出拼焊板仿真焊缝建模方法。第六章激光拼焊板的冲压成形数值仿真；完成单向拉伸数值模拟，分析焊缝性能的影响，并进行汽车拼焊板门内板零件拉深成形案例分析。第七章汽车激光拼焊板的设计与应用。通过声学贡献量分析，确定汽车车身拼焊板零件使用性能需求，提出拼焊板设计的关键技术，包括母材厚度当量替换模型、基于目标焊缝位置的初始焊缝位置预测及焊缝条件对成形结果的影响规律等，并基于优化设计技术，对拼焊板门内板进行优化设计，给出了轻量化实施的方法和案例。

林建平
博士、博士后，现任同济大学机械与能源工程学院教授、博士生导师，新能源汽车与动力系统国家工程实验室“汽车轻量化研究方向”学术带头人之一。*机械教学指导委员会委员、上海市学科评议组成员、中国模具工业协会技术委员会副主任、美国汽车工程学会（SAE）会员、中国机械工程学会高级会员、上海市模具行业协会理事与技术委员会主任、上海海洋大学兼职教授、上海体育学院兼职教授、国家科技进步奖、上海市科技进步奖和发明奖评审专家、国家自然科学基金评审专家及国际杂志《Applied surface science》、《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》 评审等。承担过国家、上海市、企业的攻关项目和重大项目近百项，获多项科技进步奖、教师奖以及博士生论文指导教师奖。申请国家专利22项，在国内外相关杂志上发表论文208篇，其中SCI/EI检索117篇。
主要研究方向：车辆轻量化制造技术、汽车模具与现代成形技术。

前言
术语
章激光拼焊板的单向拉伸力学性能 1
一、 直线焊缝差厚拼焊板的力学解析模型 1
二、 焊缝条件对拼焊板单向拉伸性能的影响规律 4
(一) 焊缝角度与单向拉伸性能的关系模型 4
(二) 横向焊缝位置与单向拉伸性能的关系模型 11
(三) 纵向焊缝条件下焊缝位置的解析模型 14
三、 拼焊板横向拉伸时应变不均匀性对成形性能的影响 18
(一) 焊缝材料参数及仿真建模方式对横向拉伸性能的影响 18
(二) 同材拼焊板横向拉伸时平均延伸率力学解析模型 22
(三) 理论模型的有限元及试验验证 23
(四) 应变不均匀性因素对平均延伸率的影响 23
四、 拼焊板纵向拉伸时应力不均匀性对成形性能的影响 27
(一) 拼焊板纵向拉伸时平均延伸率力学解析模型 28
(二) 理论模型的验证 29
(三) 应力不均匀性因素对平均延伸率的影响 31
参考文献 36
第二章激光拼焊板的成形性能 39
一、 拼焊板成形变形不均匀性理论 39
(一) 拼焊板有限元分析理论 39
(二) 板厚比对极限成形高度的影响 40
(三) 拼焊板极限成形高度降低的理论分析及验证 49
二、 拼焊板焊缝移动及胀形成形高度的解析模型 52
(一) 拼焊板变形中焊缝移动的解析模型及试验验证 52
(二) 拼焊板胀形成形高度的解析模型 54
三、 拼焊板成形过程中焊缝两侧母材应变路径动态变化机理 59
(一) 拼焊板母材双向拉伸简化模型 59
(二) 拼焊板成形过程中母材应变路径动态变化力学解析模型 60
四、 拼焊板成形极限图 65
(一) 基于焊缝极限的母材应变区域分析及成形极限图的建立 65
(二) 新成形极限图的试验验证 68
五、 曲线焊缝拼焊板的成形性能 71
(一) 曲线焊缝差厚拼焊板的力学解析模型 71
(二) 曲线焊缝拼焊板胀形有限元模型的建立与验证 72
(三) 不同形式曲线焊缝对拼焊板成形能力的影响对比 74
(四) 不同半径圆弧焊缝对拼焊板成形能力的影响研究 75
参考文献 76
第三章激光拼焊板的本构关系及综合强度比 77
一、 概述 77
二、 激光拼焊板的本构关系及其母材强度系数 Ｋ 值 78
(一) 拼焊板平面应力状态本构关系 78
(二) 拼焊板平面应力状态本构关系验证 82
(三) 拼焊板母材强度系数 Ｋ 值 86
三、 基于综合强度比的拼焊板母材参数对成形性能的影响规律 91
(一) 拼焊板综合强度比模型 91
(二) 拼焊板母材参数对综合强度比及其弱板应变路径的影响规律 94
参考文献 108
第四章激光拼焊板的材料参数对成形性能的影响 110
一、 拼焊板母材参数对成形性能的影响规律 110
(一) 母材初始板厚 ｔ0差异对成形性能的影响 110
(二) 强度系数 Ｋ 值差异对拼焊板成形性能的影响 112
(三) 应变硬化指数 ｎ 值差异对拼焊板成形性能的影响 114
(四) 厚向异性指数 ｒ 值差异对拼焊板成形性能的影响 116
二、 拼焊板刚性凸模胀形有限元模型试验验证 119
三、 不同板厚比条件下母材性能参数差异对综合强度比的影响 121
(一) 不同板厚比下 Ｋ 值差异对综合强度比的影响 121
(二) 不同板厚比下 ｎ 值差异对综合强度比的影响 123
(三) 不同板厚比下 ｒ 值差异对综合强度比的影响 124
四、 母材性能参数与板厚的综合匹配关系 126
(一) 母材性能参数与板厚匹配理论关系 126
(二) 母材性能参数与板厚匹配关系仿真 128
(三) 不同匹配关系下拼焊板变形非均匀性分析 130
参考文献 131
第五章激光拼焊板焊缝的性能与仿真建模 132
一、 概述 132
二、 激光拼焊板焊缝的性能 132
(一) 激光拼焊板焊缝的宏观形貌及微观组织 132
(二) 激光拼焊板力学性能的确定 134
三、 基于目标位置的拼焊板初始焊缝位置预测模型 142
Ⅴ
(一) 双拉变形条件下的解析模型 142
(二) Ｕ 形件拼焊板初始焊缝位置预测模型 147
四、 基于失效模式的焊缝建模 154
(一) 激光拼焊板焊缝建模方式 154
(二) 基于临界板厚比的失效模式预测 156
(三) 不同焊缝建模方式的激光拼焊板材料参数范围 163
参考文献 178
第六章激光拼焊板冲压成形数值仿真 181
一、 激光拼焊板单向拉伸数值模拟中焊缝性能的影响 181
(一) 拼焊板焊缝材料参数对模拟结果的影响 181
(二) 基于两种焊缝处理方式的拼焊板单向拉伸数值模拟 184
(三) 基于刚性连接拼焊板单向拉伸试件变形非均匀性理论分析及验证 186
二、 汽车拼焊门内板零件拉深成形案例分析 192
(一) 拼焊门内板零件成形极限能力影响因素 192
(二) 拼焊门内板冲压成形有限元建模及验证 193
(三) 工艺参数对拼焊门内板成形性能的影响规律 195
参考文献 200
第七章汽车激光拼焊板的设计与应用 201
一、 汽车零件拼焊板设计需要满足的要求及关键技术 201
(一) 汽车零件拼焊板设计需要满足的要求 201
(二) 汽车拼焊板零件设计的关键技术 206
(三) 拼焊板设计方法的适用范围 209
二、 拼焊板设计中母材等效替换的当量模型 209
(一) 拼焊板母板材料参数对瞬时强度的影响规律 209
(二) 拼焊板母板材料参数对瞬时强度影响的敏感性 217
(三) 拼焊板母板材料参数的当量模型 221
三、 兼顾使用性和制造性的拼焊板轻量化设计 227
(一) 车门结构及使用

拼焊板技术是汽车轻量化的重要途径之一。相对于单一板而言，由于成形过程中存在母材差异，尤其是焊缝及其热影响区的存在，导致成形行为更为复杂。在整个成形过程中，涉及材料学、热力学、机械等多学科领域。
全书共分为七章，以材料性能测试方法、拼焊板成形性能及其塑性力学行为、成形极限图、仿真技术及拼焊板设计等关键技术为主线，介绍了拼焊板在成形过程中的力学行为及其成形性能影响因素、成形过程中拼焊板变形不均匀机理及综合成形极限图构建，提出了用综合强度比来反映母材材料的差异，并给出了考虑协调变形关系的本构关系与数值仿真分析方法及拼焊板设计方法，较系统地介绍了拼焊板塑性成形基础理论与成形技术。
编者长期从事材料成形及其理论研究工作，特别是汽车激光拼焊板成形及其理论研究。本书内容主要为课题组长期研究的积累结果，也是许多硕士和博士论文的归纳和提炼。编写本书的目的，在于对金属塑性成形技术领域的技术人员在拼焊板设计及成形技术与理论方面予以帮助，为拼焊板技术的应用提供基础支撑。
本书可以为企业技术人员、高校师生及研究人员提供参考。由于编者水平有限，书中若有不妥和不足之处，敬请批评指正。
编者