【摘要】：自沖鉚接是一種新型機械緊固連接技術(shù),主要適用于薄板材料間的點連接。與傳統(tǒng)鉚接不同,自沖鉚接無需預(yù)成孔,可實現(xiàn)沖鉚一次成形,屬綠色制造技術(shù),有望成為輕合金薄板材料連接的關(guān)鍵技術(shù),并將廣泛應(yīng)用于汽車、航空和航天等工業(yè)領(lǐng)域。本研究主要以5052鋁合金自沖鉚接頭為研究對象,根據(jù)試驗測試結(jié)果分析接頭疲勞失效機理與微動損傷之間的關(guān)系,并基于微觀觀測方法和微動損傷理論探索接頭微動損傷機理。具體工作和結(jié)論如下:(1)對接頭進(jìn)行疲勞測試,用掃描電子顯微鏡(SEM)研究接頭疲勞失效機理,分析接頭疲勞失效與微動損傷的關(guān)系;根據(jù)接頭微動損傷程度,分析板材厚度、材料和疲勞載荷發(fā)生變化導(dǎo)致接頭疲勞失效模式改變的原因。結(jié)果表明,接頭疲勞失效部位與微動損傷區(qū)重合:上板沿鉚釘頭斷裂的接頭,由上板與鉚釘頭接觸區(qū)(A區(qū))的微動損傷所致;上板靠鉚釘頭斷裂的接頭,由鉚接區(qū)兩板間接觸區(qū)(B區(qū))微動損傷引起;下板沿紐扣和鉚釘斷裂的接頭,由下板與鉚釘腿接觸區(qū)(C區(qū))微動損傷所致。增加板厚使B區(qū)微動損傷程度減輕,C區(qū)微動損傷程度加重,使接頭疲勞失效由上板斷裂變?yōu)橄掳鍞嗔?當(dāng)板材由5052鋁合金板變?yōu)門A1鈦合金板,B區(qū)微動損傷程度減輕,使接頭疲勞失效由上板斷裂變?yōu)殂T釘斷裂;降低疲勞載荷使A區(qū)的微動損傷程度加重,使1 mm-1 mm TA1接頭疲勞失效由下板斷裂變?yōu)樯习鍞嗔?并發(fā)現(xiàn)微動損傷最先發(fā)生于板寬區(qū)域,而后向板長區(qū)域擴(kuò)展。(2)用SEM觀測接頭微動區(qū),基于微動損傷機理研究接頭微動區(qū)裂紋的萌生、擴(kuò)展和表面磨損現(xiàn)象,闡明了磨損與裂紋損傷機制的競爭關(guān)系。結(jié)果表明,接頭微動裂紋的長度、數(shù)量、主次、擴(kuò)展方向、擴(kuò)展方向與微動方向所成角度和微動表面顆粒狀、片狀、混合磨屑、凹坑、裂紋、脫層等磨損形貌均受循環(huán)壽命、疲勞載荷、微動區(qū)位置和板材材料等因素影響。接頭微動區(qū)為應(yīng)力集中部位,易為微裂紋成核點;微動面上廣泛的冷焊點受小幅值往復(fù)磨損,將誘發(fā)微裂紋的萌生;持續(xù)的微動將導(dǎo)致垂直于微動面的少數(shù)微裂紋將沿材料深度方向擴(kuò)展成為宏觀疲勞裂紋,多數(shù)則隨著磨損消失。微動力主要對微裂紋的萌生和擴(kuò)展及疲勞裂紋形成和早期擴(kuò)展起作用,而后期疲勞裂紋的擴(kuò)展主要由疲勞應(yīng)力起作用。接頭微動面磨損和裂紋擴(kuò)展兩種損傷機制的競爭將決定微動裂紋萌生點和擴(kuò)展方向。(3)用能譜儀(EDS)對接頭微動第三體進(jìn)行點、線和面掃描分析,研究接頭微動第三體的元素組成、含量及其分布,并基于微動損傷理論闡述了微動第三體和氧化作用對接頭微動損傷程度的影響。結(jié)果表明,EDS點掃描發(fā)現(xiàn),鉚接區(qū)兩板間接觸面的微動第三體成分較鉚釘與板材接觸面相對簡單;EDS線掃描發(fā)現(xiàn),微動損傷劇烈部位為接頭疲勞主要失效部位;EDS面掃描發(fā)現(xiàn),鉚釘腿下部位發(fā)生了極其劇烈的微動損傷現(xiàn)象,整個鉚釘腿表面在微動過程中均有氧化作用參與,微動過程中板材材料被剝離到鉚釘表面上。微動第三體和氧化作用對接頭微動損傷的作用是雙重和復(fù)雜的,既可加速接頭內(nèi)部微動接觸面的損傷程度,亦可緩解接頭內(nèi)部微動接觸面的損傷程度。(4)對接頭進(jìn)行靜拉伸和疲勞測試,研究板材參參數(shù)和鉚釘參數(shù)對接頭力學(xué)性能的影響,結(jié)合接頭載荷-位移曲線分析板材和鉚釘參數(shù)對接頭靜拉伸失效模式和損傷程度的影響,并初步分析了板材和鉚釘參數(shù)對接頭疲勞失效模式的影響。結(jié)果表明,板材厚度、強度和鉚釘數(shù)量的增加均可有效的提高接頭靜強度,而板材寬度的增加對接頭靜強度的提高并不明顯;板材厚度、寬度、強度和鉚釘數(shù)量的增加均可提高接頭疲勞性能,但其提高程度與疲勞載荷相關(guān)。板材厚度、寬度和鉚釘數(shù)量的增加并不改變接頭靜失效模式,均為拉脫失效,但會改變接頭失效程度;板材強度的增加會改變接頭靜失效模式,從拉脫失效變?yōu)殂T釘斷裂,其損傷程度差異大。根據(jù)接頭載荷-位移曲線的失效階段擴(kuò)展趨勢可推測出接頭靜失效模式,其擴(kuò)展程度可推測出接頭靜拉伸損傷程度。板材寬度和鉚釘數(shù)量并不影響接頭疲勞失效模式,但板材厚度的增加會使接頭疲勞失效模式從上板斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)橄掳鍞嗔?而板材強度的增加會導(dǎo)致接頭疲勞失效模式由板斷變?yōu)獒敂唷?br>【圖文】：

在沖頭和下模共同作用下使鉚釘腿向從而有效地連接了輕合金薄板材料[14-16]。自沖分別為預(yù)緊、刺穿上板、刺入下板和整形，如直壓于鉚釘頭上表面，基板受壓邊圈壓緊，且作用下；刺入上板過程則是鉚接機施壓于沖頭則是鉚接機繼續(xù)施壓于沖頭使鉚釘繼續(xù)向下刺、下模和板材的共同作用下使鉚釘腿張開，從

圖1.1自沖鉚接過程示意圖Fig. 1.1 Diagram of SPR process中，需要選擇合適的鉚釘、下模和沖頭，方可實現(xiàn)輕合�，F(xiàn)在，應(yīng)用于自沖鉚接技術(shù)的鉚釘可大致分為半空心半空心鉚釘占市場份額的絕大部分(約 90%)，剩余的究中所有輕合金薄板材料均采用半空心鉚釘進(jìn)行鉚接。及其厚度等情況，選用不同長度的鉚釘，從而實現(xiàn)基板模和凸模兩種形式，板材材料流動性好且硬度較低的材于流動性差且硬度高的板材材料則使用凸模，本研究中均采用平模。沖頭尺寸與鉚釘頭直徑相關(guān)[4,18]，本研究中
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG938

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2703440