【摘要】：自沖鉚接是一種很有潛力的連接工藝,尤其對于輕型材料(輕合金、復(fù)合材料等)的連接。自沖鉚接采用沖頭將一個半空心的鉚釘壓入板材,鉚釘管腿端部在嵌入板材的過程中喇叭狀張開變形,在兩層板或多層板中形成機械內(nèi)鎖,從而將上板和下板牢固地連接在一起。盡管自沖鉚技術(shù)是一種新型的薄板連接技術(shù),但它的機械性能比傳統(tǒng)的點焊好。自沖鉚技術(shù)被譽為下一代連接技術(shù),是汽車輕量化過程中的一項關(guān)鍵技術(shù),已在汽車行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。 本論文利用數(shù)值模擬方法及實驗方法研究了自沖鉚接成型過程。用有限元軟件LS-DYNA基于Cowper-Symonds材料模型建立了2D模型,用Lagrange方法及r-自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)模擬了整個鉚接成型過程。結(jié)合鉚接實體實驗的載荷-位移曲線及接頭剖面圖驗證了數(shù)值模擬的合理性。分析了凹模凸臺尺寸、鉚釘尺寸、動靜摩擦系數(shù)、塑性應(yīng)變比等參數(shù)對成型的影響,從而可以更好的對鉚接過程的參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。 利用有限元軟件ANSYS對自沖鉚接頭進行靜力學(xué)分析、動力學(xué)分析及疲勞分析。通過靜力學(xué)分析得出最大應(yīng)力主要分布在上下兩板相互接觸靠近鉚釘孔的位置及上板與鉚釘頭部相接觸的位置。對模態(tài)振型的研究提取了前25階振型,分析得到橫向振動的偶數(shù)振型關(guān)于兩板搭接位置對稱,搭接位置處在振型的峰值處。說明兩板搭接位置對白沖鉚接的機械性能有較大的影響,是疲勞分析的關(guān)鍵位置。 對自沖鉚接試件進行了拉伸剪切實驗。通過對4組數(shù)據(jù)的研究對比發(fā)現(xiàn),2系列鋁合金自沖鉚接-粘接試件的靜態(tài)拉伸強度大于2系列鋁合金自沖鉚接試件。2系列鋁合金自沖鉚接試件的靜態(tài)拉伸強度大于2系列鋁合金壓印連接試件。5系列鋁合金自沖鉚接試件的靜態(tài)拉伸強度超過了5000N。為下階段自沖鉚接頭的疲勞分析提供了應(yīng)力信息。 利用ANYSY/FE-SAFE有限元軟件對5052鋁合金自沖鉚接頭進行了疲勞分析。研究顯示：疲勞破壞常常在上下兩板相互接觸靠近鉚釘孔的位置,以及上板與鉚釘頭部接觸并靠近鉚釘孔的位置。通過ANSYS/LS-DYNA軟件模擬了鉚接接頭裂紋擴展的整個過程。 本文主要目的是實現(xiàn)自沖鉚接頭動力學(xué)數(shù)值模擬及疲勞分析,為更深一步的研究提供基礎(chǔ)。
[Abstract]:Self-impact riveting is a potential bonding process, especially for lightweight materials (light alloys, composites, etc.). The self-punching riveting uses the punch head to press the semi-hollow rivet into the plate, and the end of the rivet tube leg opens and deforms in the process of embedding the plate, forming a mechanical internal lock in the two or multilayer plates. Thus, the upper and lower plates are firmly connected together. Although self-punching riveting technology is a new type of thin plate bonding technology, its mechanical properties are better than that of traditional spot welding. Self-punching riveting technology, known as the next-generation connection technology, is a key technology in the process of automotive lightweight, and has been widely used in the automotive industry. In this paper, the process of self-punching riveting is studied by numerical simulation and experiment. 2D model based on Cowper-Symonds material model is established by finite element software LS-DYNA. The whole riveting process is simulated by Lagrange method and r-adaptive mesh generation technique. The rationality of the numerical simulation is verified by combining the load-displacement curve of riveted solid experiment with the joint profile. The influence of die punch size, rivet size, static and static friction coefficient and plastic strain ratio on the forming process is analyzed, so the parameters of riveting process can be optimized. The static analysis, dynamic analysis and fatigue analysis of self-impact riveting head are carried out by using finite element software ANSYS. Through statics analysis, the maximum stress is mainly distributed in the position where the upper and lower plates are in contact with each other near the rivet hole and where the upper plate is in contact with the head of the rivet. The first 25 modes are extracted from the study of modal modes. The analysis shows that the even vibration modes of transverse vibration are symmetrical for the lap position of the two plates, and the lap position is at the peak value of the vibration mode. The results show that the lap position of two plates has great influence on the mechanical properties of white impact riveting and is the key position of fatigue analysis. Tensile shear experiments were carried out on self-impact riveted specimens. Through the study of four groups of data, we found that, The static tensile strength of 2 series aluminum alloy self-impact riveting specimens is greater than that of 2 series aluminium alloy self-impact riveting specimens. The static tensile strength of 2 series aluminium alloy self-impact riveting specimens is greater than 2 series aluminium alloy imprint joint specimens The static tensile strength of 5 series aluminum alloy self-punching riveted specimens exceeds 5 000 N. It provides the stress information for the fatigue analysis of the self-impact riveting head in the next stage. Fatigue analysis of 5052 aluminum alloy self-impact riveting head was carried out by using ANYSY/FE-SAFE finite element software. The results show that the fatigue failure is usually in the position where the upper and lower plates contact each other near the rivet hole and the upper plate and the head of the rivet and close to the rivet hole. The whole process of riveted joint crack growth is simulated by ANSYS/LS-DYNA software. The main purpose of this paper is to realize the dynamic numerical simulation and fatigue analysis of the self-punching riveting head, and to provide the foundation for further research.
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TH131.1

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本文編號：2386824