(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111295298.X (22)申请日 2021.11.03 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 何霁　江晟达　 (74)专利代理 机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 3123 6 代理人 胡晶 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 113/24(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/18(2020.01) (54)发明名称 数据驱动的金属薄壁 零件性能优化方法 (57)摘要 本发明提供了一种数据驱动的金属薄壁零 件性能优化方法， 包括： 对金属试样进行预应变 处理， 记录试样应变场变化； 将预应变后的金属 试样按照一定温度曲线进行烘烤处理； 测试获得 全面的原始状态板材力学性能和预应变烘烤处 理后的板 材性能数据， 并进行对比分析获得二者 力学性能参数和材料模型； 基于预应变烘烤硬化 前后的材料级力学性能和材料模 型， 根据服役要 求， 对原始 状态零件以及经过预应变烘烤处理后 零件进行仿真验证， 对比材料性能变化对结构性 能的影响； 根据仿真结果以及设计要求， 确定金 属板厚度、 强度级别以及制造工艺参数； 使用仿 真所确定的尺寸的低强度牌号板材进行零件冷 冲压成形， 轧至预定应变， 整体烘烤硬化， 并进行 性能实验 验证。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 114021339 A 2022.02.08 CN 114021339 A 1.一种数据驱动的金属薄壁 零件性能优化方法， 其特 征在于， 包括： 步骤S1： 对金属试样进行预应变处理， 使金属试样产生预定的预应变， 并记录试样应变 场变化； 步骤S2： 将预应 变后的金属试样按照一定温度曲线 进行烘烤处 理； 步骤S3： 测试获得全面的原始状态板材力学性能和预应变烘烤处理后的板材性能数 据， 并进行对比分析， 分别获得二 者力学性能参数和材 料模型； 步骤S4： 基于预应变烘烤硬化前后的材料级力学性能和材料模型， 根据服役要求， 对原 始状态零件以及经过预应变烘烤处理后零件进 行仿真验证， 对比材料性能变化对结构性能 的影响； 步骤S5： 根据仿真结果以及设计要求， 确定金属板厚度、 强度级别以及制造 工艺参数； 步骤S6： 使用仿真所确定的尺寸的低强度牌号板材进行零件冷冲压成形， 轧至预定应 变， 整体烘烤硬化， 并进行性能实验 验证。 2.根据权利要求1所述的数据驱动的金属薄壁零件性 能优化方法， 其特征在于， 在冲压 和烘烤过程中， 调整包括板材应力状态、 板材累计损伤、 板材应变状态、 烘烤温度以及烘烤 时间变量的参数。 3.根据权利要求1所述的数据驱动的金属薄壁零件性 能优化方法， 其特征在于， 选择预 应变和烘烤处理参数作为提升板材力学性能的设计变量； 选择零件厚度以及零件力学性能 为结构轻量 化的设计 变量。 4.根据权利要求1所述的数据驱动的金属薄壁零件性 能优化方法， 其特征在于， 所述步 骤S1采用： 对金属试样进行塑性变形力学性能测试和断裂强度性能测试获取材料性能数 据。 5.根据权利要求4所述的数据驱动的金属薄壁零件性 能优化方法， 其特征在于， 对金属 试样进行单向拉伸处理， 将 试验测试区长度拉伸至预定长度(1+a)I0， 其中， a表示预应变水 平； I0表示试样初始长度。 6.根据权利要求1所述的数据驱动的金属薄壁零件性 能优化方法， 其特征在于， 所述记 录试样应变场变化采用： 利用数字图像相关技术进行应变的测量和记录， 通过实时记录试 样在实验过程中应 变场数据， 得到任意时刻任意 位置的应 变数据。 7.根据权利要求1所述的数据驱动的金属薄壁零件性 能优化方法， 其特征在于， 所述步 骤S2中温度曲线采用： 恒温烤箱中的温度变化曲线； 在预设时间内由室温升高至预设温度， 维持预设时间后冷却至室温。 8.根据权利要求1所述的数据驱动的金属薄壁零件性 能优化方法， 其特征在于， 所述步 骤S3采用： 将原始状态板材力学性能和预应变烘烤处理后的板材性能进行对比， 通过包括 工程应力 ‑应变曲线、 屈 服强度以及抗拉强度的力学性能参数描述基于预应变和烘烤处理 后的高强金属的性能变化。 9.根据权利要求1所述的数据驱动的金属薄壁零件性 能优化方法， 其特征在于， 在所述 结构级零件仿真优化中， 零件 模型以及加载边界条件根据实际目标产品进行确定 。 10.根据权利要求1所述的数据驱动的金属薄壁零件性能优化方法， 其特征在于， 板材 种类包括高强钢 、 铝合金、 镁合金或锌合金。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114021339 A 2数据驱动的金属薄壁零件性能优化方 法 技术领域 [0001]本发明涉及低成本金属结构成形优化技术领域， 具体地， 涉及数据驱动的金属薄 壁零件性能优化方法， 更为具体地， 涉及一种考虑成形及烘烤工艺对零件服役性能影响的 金属板选材用材优化设计方法。 背景技术 [0002]薄壁件作为一种典型轻量化结构， 已被广泛应用于车辆运载， 航空航天等领域。 对 于薄壁结构而言， 如何以更少的材料使用、 更低的能源消 耗满足更强的机械性能要求是轻 量化结构设计的目标， 也同样是提高材料利用率， 节约资源， 实现碳中和的重要选项。 目前 的薄壁结构设计制造过程中往往只考虑金属板材初始的力学性能， 忽略了制造工艺对于金 属材料的重要影响， 因此难以在构件设计初期就整体考虑最终制 造零件的性能要求， 从而 无法实现金属板选材用材 的优化设计。 以车身结构制 造为例， 许多薄壁零件需要通过冲压 成形、 焊接、 装配后进 行烤漆工艺(烘烤工艺)， 在整个制造过程中初始金属板材的力学性能 在经历一系列制造过程(预变形、 热处理)后其性能已经发生了巨大变化， 而实际零件的性 能又强烈依赖于制造过程的工艺参数， 因此现有的采用材料初始性能的零件设计方法难以 实现最终产品的优化设计， 往往出现性能过剩或者性能不 足。 另一方面， 对于一些特定的行 业领域， 材料成本高昂， 轻量化需求迫切， 比如0018Ni高强钢因其高模量被广泛应用于战术 导弹结构， 而其 1800MPa超高强度的特性使其可以在 满足设计要求的同时更薄更轻， 实现其 选材用材的优化， 不仅能帮助导弹减重提速， 而且大 大节省了制造成本 。 [0003]而金属板材的烘烤硬化效应则为高强金属薄壁结构的低成本用材以及零件服役 性能优化设计提供了新的思路。 特别是以钢和铝合金为代表的材料在塑性成形后进行烘 烤， 其屈服、 抗拉等强度性能可以显著提高， 产生烘烤硬化现象， 从而大大提升零件的服役 性能。 因此， 通过利用该特性， 可以使低强度牌号但韧性更好的板材在冷冲压等低成本成形 工艺进行快速成形为结构后， 进 行烘烤硬化， 将板材的结构成形作为预应变处理， 从而大幅 扩大工艺窗口， 节约物料与时间成本 。 [0004]专利文献CN112400033A(申请号： 201980040323.4)公开了一种具有高强度、 高成 型性、 优异的烘烤硬化性的热轧镀覆钢板及其制造方法， 通过调配热轧镀覆钢板的元素和 组织比例有效强化了钢板的烘烤硬化效应， 以重量％计， 所述热轧镀覆钢板包含： C： 0.05 ‑ 0.14％、 Si： 0.1 ‑1.0％、 Mn： 1.0 ‑2.0％、 P： 0.001 ‑0.05％、 S： 0.001 ‑0.01％、 Al： 0.01 ‑0.1％、 Cr： 0.005 ‑1.0％、 Ti： 0.005 ‑0.13％、 Nb： 0.005 ‑0.03％、 N： 0.001 ‑0.01％、 余量的Fe和其它 不可避免的杂质， 所述热轧镀覆钢板中作为主相包含铁素体和贝氏体的混合组织， 作为余 量组织包含选自马氏体、 奥氏体和岛状马氏体(MA)中的一种以上， 所述铁素体和贝氏体的 分数为95 ‑99面积％， 并满足以下关系式1。 [关系式1]FCO{110}+FCO{112}≥10(其中， FCO {110}和FCO{1 12}分别表示具有{1 10}晶体取向和{1 12}晶体取向的组织的面积分数)。 [0005]专利文献CN 112195376A(申请号： 202010950499.8)公开了一种高强度汽车车身用 6xxx系铝合金板材及其制备方法， 具有良好成形性以及烘烤硬化效应的高强度6系铝合金说　明　书 1/6 页 3 CN 114021339 A 3