低电压电磁铆接工艺中最优放电电压预测技术的研究

摘要

电磁铆接技术是一种高能高速的新型铆接工艺,铆接质量明显优于传统铆接方式,能有效解决难成形材料、应变率敏感材料以及大直径铆钉的铆接工艺技术难题,同时具有铆接速度快、铆接质量高等特点,促进航空航天事业的发展。低电压能有效保障安全生产。因此本文选择低电压电磁铆接工艺中最优放电电压预测技术进行研究,具有重要的理论意义和使用价值。
　　本文对电磁铆接过程进行了理论建模分析。研究了基于绝热剪切过程的电磁铆接的应变特点;对电磁场的模型进行了合理简化,建立了电磁铆接设备放电回路的等效双回路模型电路;理论推导了回路模型的电流方程,通过求解两圆环线圈之间的互感系数,进而获得了作用于驱动片上的电磁力方程;同时分析了电磁铆接中应力波在锥形放大器中的传播过程。
　　基于ANSYS有限元软件,利用ANSYS/Multiphysics模块对电磁铆接的电磁场进行了仿真分析。建立了电流密度激励的电磁场有限元模型,模拟了不同工艺参数对感应电磁力的影响;研究了涡流斥力转化为驱动片表面电磁力的计算方法;针对驱动片的集肤效应提出了具体处理方法;仿真分析了电磁压强的分布情况;研究了放电参数对放电电流以及电磁压强的影响。
　　利用有限元分析软件ABAQUS,建立了电磁铆接中铆钉变形过程的有限元模型,对铆钉变形的过程进行了数值模拟。研究了不同放电电压对铆钉变形时间响应参数的影响;分析了电压参数对镦头成形尺寸、铆钉径向位移以及钉杆干涉量的影响。根据数值模拟结果,拟合数据得出了放电电压与镦头直径的对应关系,并且根据铆接工艺中理想干涉量范围,预测了铆钉镦头成形尺寸的最优放电电压值。
　　本文进行了电磁铆接工艺试验、铆接接头剪切强度试验以及接头拉脱强度试验。电磁铆接试验通过与模拟仿真相比较,验证了放电电压参数与镦头成形尺寸的关系合理性;通过铆接接头剪切试验和拉脱试验,证明了预测电压下的铆接接头强度接近理想峰值,进而验证了所建立的电磁铆接系统有限元模型以及拟合计算方法的准确性。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 低电压电磁铆接研究进展

1.3 电磁铆接工艺的研究方法

1.4 主要研究内容

第2章 电磁铆接理论分析及铆接力求解

2.1 引言

2.2 基于绝热剪切过程的电磁铆接应力应变分析

2.3 电磁铆接设备放电回路等效电路模型的建立

2.4 电磁铆接力的求解

2.5 应力波在放大器中的传播特性

2.6 本章小结

第3章 电磁铆接电磁场数值模拟

3.1 引言

3.2 电磁场分析模型的建立

3.3 电磁场有限元模拟结果分析

3.4 本章小结

第4章 电磁铆接铆钉变形过程数值模拟

4.1 引言

4.2 耦合方法的选择

4.3 铆钉变形分析模型

4.4 铆钉变形结果分析

4.5 本章小结

第5章 电磁铆接成形质量检测试验

5.1 引言

5.2 电磁铆接工艺试验

5.3 接头强度试验

5.4 实验结果与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

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