1汽车在行驶过程中由于路面的不平而承受着不 断变化的随机振动和冲击， 当汽车车身构件累积损 伤达到一定程度就会发生疲劳破坏。现代汽车车身 特别是车身的表面覆盖件等车身构件在制造中要经 历冲压、焊装和涂装等工艺过程，这些工艺过程往往 会给构件材料的疲劳性能带来不同程度的影响[1]。 影响构件疲劳性能的因素包括应力集中、尺寸 效应[2]、表面粗糙度、材料、几何形状[3]和所受的疲 劳载荷[4]等，对于这些因素都做过很多的研究，但冲 压过程中产生的板料变形、板料厚度变化及残余应 力[5]对车身构件疲劳性能的影响研究较少，本文仅 针对冲压过程中板料厚度减薄对其疲劳性能的影 响进行探讨。
2 研究流程 传统分析方法研究车身冲压件的疲劳时不考虑 冲压导致的板厚变化。本文以某载货汽车驾驶室上 横梁内板作为实际算例， 通过进行传统分析方法与 考虑冲压过程板厚变化的新方法的对比分析， 研究 冲压过程板厚变化（下称冲压厚度变化）对典型车身 冲压件疲劳性能的影响，研究流程如图1 所示。 图1 研究流程 3 传统方法与考虑冲压厚度变化的应力对 比分析 约束车身构件四周的3 个平动方向的自由 构件CAD 模型网格划分 用DANYFORM 进行冲压成型性分析 导出冲压厚度文件*.T 编定FORTRAN 程序实现厚度映射 传统方法与考虑冲压厚度变化的应力对比分析 传统方法与考虑冲压厚度变化的疲劳寿命对比分析 危险点统计对比分析 汽车技术度，在其中部的垂直方向施加5 N/mm2 均布载荷， 得到传统分析方法的应力分布（见图2）与考虑冲 压厚度变化的应力分布（见图3）， 其中不考虑冲 压厚度变化的厚度统一为1.2 mm。 图2 传统分析方法应力分布 图3 考虑冲压厚度变化的应力分布 比较图2 和图3 可看出， 高应力区域的分布 位置基本一致，但最大应力略有差别，传统分析方 法得到的最大应力为301 MPa， 考虑冲压厚度变化 的最大应力为309 MPa。 由对比可知， 考虑冲压厚度变化将使局部应力 增大， 但增大幅度不是很明显， 最大应力增大了 2.66%。冲压后应力水平变化不仅与板料厚度减薄有 关，还与局部区域厚度减薄梯度、应力集中和材料硬 化有关[6]。
4 考虑冲压厚度变化的疲劳寿命分析 下面对比分析传统分析方法和考虑冲压厚度变 化两者之间疲劳寿命的差别。将计算结果导入疲劳 寿命分析软件，应用软件自带的载荷谱，用名义应力 法进行计算，将传统分析方法疲劳寿命云图（见图4） 与考虑冲压厚度变化的疲劳寿命云图（见图5）进行 对比。 图4 传统分析方法疲劳寿命云图 图5 考虑冲压厚度变化的疲劳寿命云图 比较图4 和图5 可看出， 低寿命区域的分布位 置基本一致，但最小寿命略有差别，传统分析方法得 到的最小疲劳寿命为683 次， 考虑冲压厚度变化后 的最小疲劳寿命为336 次， 考虑冲压厚度变化后的 最小疲劳寿命降低了51%。由此可见，冲压厚度变化 虽然对构件的最大应力影响很小， 但对构件的疲劳 寿命影响很大， 从构件的耐久性角度看应引起足够 的重视。在传统分析方法和考虑冲压厚度变化2 种 情况下，取上横梁内板上10 个损伤较严重的点进行 应力对比分析。抽样点在上横梁内板的位置如图6 所示，表1 为抽样点的应力对比结果，表2 为冲压厚 度减薄率与应力增加率的对比结果， 表3 为抽样点 循环疲劳寿命的对比结果。 图6 抽样点在上横梁内板的位置示意 表1 抽样点的应力对比MPa 应力 传统分析方法考虑厚度变化 由表1 可知， 考虑冲压厚度变化后抽样点的平 均应力增大了7 MPa， 抽样点2 的应力增大了10 MPa。由表2 可知，应力增加率并不是厚度减薄率的 线性函数，抽样点的平均厚度减薄率为2.68%，平均 应力增加率为3.16%； 厚度减薄较为严重的区域可 达到4.42%； 当厚度减薄为4.42%时， 应力增加 3.24%。由表3 可知，考虑冲压厚度变化后，抽样点的 循环疲劳寿命平均降低了42.27%， 最大降低了 76.38%。总结发现，冲压板料厚度减薄导致构件上的 应力增大， 冲压厚度变化对疲劳性能的影响是通过 对其应力变化的影响传递过来的； 拉延件成型过程 中往往伴有材料特性的改变（如冷作硬化），这种材 料特性的改变会使得厚度对疲劳性能的影响有所减 弱[7]。 表2 冲压厚度减薄率与应力增加率的对比% 表3 抽样点循环疲劳寿命的对比
5 结束语 本文研究了车身构件冲压后厚度变化对其疲劳 性能的影响， 零件局部厚度减薄虽然对应力的影响 不大，但对疲劳寿命的影响十分显著，本算例最严重 的情况时疲劳寿命降低了51%。 车身构件的疲劳寿命还受冲压预变形、几何形 状、载荷信息和残余应力等的影响，这还有待于进一 步研究。
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