本文關(guān)鍵詞：基于超聲振動(dòng)輔助的鈦合金鉚釘鉚接技術(shù)研究

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【摘要】：隨著飛機(jī)結(jié)構(gòu)中復(fù)合材料和鈦合金材料用量的日益增多,鈦合金鉚釘?shù)膽?yīng)用也越來(lái)越廣泛。現(xiàn)有的鉚接技術(shù),如自動(dòng)鉆鉚和電磁鉚接等,在解決鈦合金鉚釘連接時(shí)還存在一定的缺陷。超聲振動(dòng)有利于改善材料的流變行為、降低屈服強(qiáng)度、提高塑性極限,已廣泛應(yīng)用于難成形材料的加工。本論文通將超聲振動(dòng)技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)壓鉚工藝上,采用有限元與試驗(yàn)相結(jié)合的分析方法,研究超聲振動(dòng)輔助對(duì)鈦合金鉚釘鉚接變形的影響。本論文研究主要包含以下內(nèi)容:1)設(shè)計(jì)了基于超聲振動(dòng)輔助的鉚接平臺(tái),重點(diǎn)分析了超聲換能器、變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選用原理。通過(guò)模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析,表明超聲振動(dòng)系統(tǒng)在20KHz頻率激勵(lì)下能夠獲得較大的縱向振幅。2)探討了超聲振動(dòng)對(duì)材料塑性變形的影響,通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取鈦合金鉚釘材料在靜態(tài)和超聲振動(dòng)輔助下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,超聲振動(dòng)能降低材料的屈服強(qiáng)度。同時(shí),通過(guò)對(duì)變形后材料顯微組織觀測(cè),認(rèn)定振動(dòng)輔助下材料能保持原有組織的形貌。3)建立基于超聲振動(dòng)輔助的鉚接有限元模型,通過(guò)仿真分析,得出超聲振動(dòng)能降低20%壓鉚力,并且這種降低效果隨著超聲振動(dòng)振幅的增加而增強(qiáng)。通過(guò)表面效應(yīng)分析,獲得超聲振動(dòng)輔助鉚接的臨界速率。通過(guò)對(duì)鐓頭高度的仿真研究,超聲振動(dòng)能減弱鉚釘鐓頭回彈,有利于鐓頭高度的精確控制。4)開(kāi)展基于超聲振動(dòng)輔助的鈦合金鉚釘鉚接試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)與仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比,仿真誤差在6%以內(nèi),驗(yàn)證仿真研究方法的可行性。設(shè)計(jì)特定高度下的干涉量分布試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明超聲振動(dòng)輔助鉚接可獲得沿釘桿軸線方向分布更均勻,數(shù)值更大的干涉量。通過(guò)鐓頭高度控制和壓鉚力控制對(duì)比試驗(yàn),得到干涉量控制最優(yōu)參數(shù)指標(biāo)。上述結(jié)果表明,超聲振動(dòng)輔助的鉚接技術(shù)降低了鉚釘?shù)某尚瘟�、改善了鉚接結(jié)構(gòu)干涉量分布,該方法為解決難成形鉚釘材料的連接提供了新的技術(shù)手段。
【關(guān)鍵詞】：超聲振動(dòng) 鈦合金鉚釘 壓鉚力 鐓頭高度 干涉量
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V262
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鈦合金鉚釘連接技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 冷鉚13-15
• 1.2.2 熱鉚15-16
• 1.2.3 電磁鉚接16-17
• 1.3 超聲振動(dòng)輔助材料成形研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.1 超聲振動(dòng)輔助成形技術(shù)機(jī)理的研究17-18
• 1.3.2 超聲振動(dòng)輔助材料成形設(shè)備18-20
• 1.4 課題研究的意義與目的20
• 1.5 論文主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 超聲振動(dòng)輔助的鉚接平臺(tái)設(shè)計(jì)22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 超聲波發(fā)生器22
• 2.3 超聲換能器22-24
• 2.4 超聲變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)24-31
• 2.4.1 變幅桿選擇原則25
• 2.4.2 縱向波在變截面桿振動(dòng)理論基礎(chǔ)25-26
• 2.4.3 階梯形變幅桿設(shè)計(jì)原理26-27
• 2.4.4 變幅桿參數(shù)選擇27-28
• 2.4.5 工具頭參數(shù)選擇28
• 2.4.6 模態(tài)分析28-31
• 2.4.7 諧響應(yīng)分析31
• 2.5 超聲振動(dòng)定位工裝設(shè)計(jì)31-33
• 2.6 本章小結(jié)33-34
• 第三章 超聲振動(dòng)輔助的鉚接過(guò)程仿真34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 超聲振動(dòng)對(duì)材料塑性變形的影響34-37
• 3.2.1 超聲振動(dòng)對(duì)材料宏觀塑性強(qiáng)度的影響34-35
• 3.2.2 超聲振動(dòng)對(duì)材料微觀組織的影響35-37
• 3.3 超聲振動(dòng)輔助鉚接有限元仿真37-41
• 3.3.1 幾何模型建立37
• 3.3.2 材料參數(shù)定義37-38
• 3.3.3 接觸與耦合定義38
• 3.3.4 網(wǎng)格劃分38-39
• 3.3.5 鉚接過(guò)程設(shè)定39-41
• 3.4 仿真結(jié)果分析41-48
• 3.4.1 超聲振動(dòng)對(duì)壓鉚力影響分析41-43
• 3.4.2 超聲振動(dòng)振幅對(duì)壓鉚力影響分析43-44
• 3.4.3 加載速率對(duì)超聲振動(dòng)效果的影響分析44-47
• 3.4.4 超聲振動(dòng)對(duì)鐓頭回彈的影響分析47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 基于超聲振動(dòng)輔助的鈦合金鉚釘鉚接試驗(yàn)49-66
• 4.1 引言49
• 4.2 試驗(yàn)方案49-50
• 4.2.1 試驗(yàn)件設(shè)計(jì)49-50
• 4.2.2 試驗(yàn)方案50
• 4.3 試驗(yàn)過(guò)程50-54
• 4.3.1 制孔50-51
• 4.3.2 鉚接51-52
• 4.3.3 釘桿尺寸檢測(cè)52-54
• 4.3.4 釘桿直徑補(bǔ)償計(jì)算54
• 4.4 試驗(yàn)結(jié)果分析54-65
• 4.4.1 超聲振動(dòng)對(duì)壓鉚力影響55-56
• 4.4.2 超聲振動(dòng)對(duì)鉚接干涉量影響56-58
• 4.4.3 超聲振動(dòng)輔助的鐓頭高度控制影響分析58-61
• 4.4.4 超聲振動(dòng)輔助的壓鉚力控制影響分析61-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第五章 總結(jié)與展望66-69
• 5.1 全文總結(jié)66-67
• 5.2 研究展望67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 致謝73-74
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文74-75
• 附錄 超聲振動(dòng)系統(tǒng)定位裝置設(shè)計(jì)圖樣75-80

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