异种金属材料自冲铆接头位置对疲劳强度影响

摘要

随着汽车产业的发展，汽车轻量化成为汽车制造产业的发展核心，轻型材料的引进使得传统电阻点焊工艺难于用于异种金属材料的连接，半空心铆钉自冲铆接工艺不仅可以很好的解决这一弊端，并具有着无噪音无污染等诸多优点，有着很好的发展前景与应用前景。本文以AL5052铝合金板与Q235钢板为研究对象，通过试验与仿真两方面研究了两个铆钉连接时，铆钉不同位置摆放对结构件静强度和疲劳性能的影响。 为了对后续的试验与仿真奠定一定的理论基础，本文对自冲铆接头疲劳破坏机理进行了简要分析，叙述了自冲铆接头疲劳裂纹从萌生到扩展到最后瞬断的整个过程，指出裂纹可能产生的部位与原因，从宏观与微观两个方面介绍了疲劳断口的形貌特征。并列出了几种疲劳分析的方法。 利用ABAQUS有限元软件对单钉结构件及二钉结构件的准静态拉伸试验过程进行仿真，对比分析不同铆钉个数下，试件的载荷位移曲线及应力应变的分布变化，更直观的了解结构件的失效形式与失效过程。 采用自冲铆接技术对AL5052铝合金板料和Q235钢板进行铆接实验，通过直观法和截面测量法分析铆接接头剖面，对接头成形质量进行评估。研究不同参数（搭接尺寸、铆钉排列方向、铆钉与板长间距及铆钉与板宽间距等）对搭接试件静强度及疲劳性能的影响，研究铆钉位置布置对试件力学性能的影响规律，并通过扫描电镜对疲劳断口的形貌特征进行简单的观察与分析。将准静态拉伸试验的结果与准静态拉伸仿真结果进行对比验证，为疲劳仿真提供精准的模型。 与实际试验方案对应，利用FEMFAT软件对铆钉横向铆接的各尺寸试件进行仿真，计算疲劳寿命，并与实际试验结果进行对比分析，结果表明：铆钉横向排列时，铆钉与板长间距过大或过小均不利于接头的疲劳强度；随着搭接尺寸的增大，试件疲劳寿命随之增大，但当搭接尺寸达到一定数值时，继续增大会则导致试件疲劳寿命的降低；仿真结果与实际试验结果存在误差，普遍低于实际疲劳寿命，但误差都在一个量级之内；仿真得到的铆钉位置布置对试件疲劳寿命的影响规律与实际试验结果一致。

目录

第一个书签之前

主要符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 自冲铆接工艺

1.2.1 半空心铆钉自冲铆接工艺

1.2.2 其他类型自冲铆接工艺

1.3 半空心铆钉自冲铆接工艺应用

1.4 自冲铆接工艺研究现状

1.4.1 自冲铆接工艺过程参数研究

1.4.2 自冲铆接力学性能及强度影响机理研究

1.5 本课题意义及主要研究内容

1.6 本章小结

第二章 自冲铆接头疲劳分析理论

2.1 疲劳的基本概念

2.2 自冲铆接头破坏机理

2.2.1 裂纹的萌生

2.2.2 裂纹的扩展

2.2.3 裂纹的断裂

2.3 疲劳断口的形貌

2.3.1 宏观

2.3.2 微观

2.4 疲劳问题的研究

2.4.1 名义应力法

2.4.2 局部应力应变法

2.4.3 静态疲劳分析法

2.5 影响疲劳强度的因素

2.6 本章小结

第三章 准静态拉伸仿真分析

3.1 模型的建立

3.1.1 几何模型

3.1.2 材料属性

3.1.3 网格划分

3.1.4 分析步与输出

3.1.5 接触与载荷

3.2 单钉结构件仿真结果与分析

3.2.1 Mises应力云图

3.2.2 载荷-位移曲线

3.3 二钉横向铆接结构件仿真结果与分析

3.3.1 Mises应力云图

3.3.2 载荷-位移曲线

3.4 二钉纵向铆接结构件仿真结果与分析

3.4.1 Mises应力云图

3.4.2 载荷-位移曲线

3.5 本章小结

第四章 剪切结构静态拉伸和疲劳试验

4.1 实验准备

4.1.1 试验设备及材料

4.1.2 试验方案的制定

4.2 自冲铆接头质量评价方法

4.3 准静态拉伸试验

4.3.1 铆钉与板长的间距对二钉横向铆接件静强度影响

4.3.2 搭接尺寸对二钉横向铆接件静强度影响

4.3.3 铆钉与板宽的间距对二钉纵向铆接件静强度影响

4.3.4 搭接尺寸对二钉纵向铆接件静强度影响

4.3.5 铆钉个数对结构件静强度影响

4.4 疲劳试验

4.4.1 铆钉与板长的间距对二钉横向铆接件疲劳强度影响

4.4.2 搭接尺寸对二钉横向铆接件疲劳强度影响

4.4.3 铆钉与板宽的间距对二钉纵向铆接件疲劳强度影响

4.4.4 搭接尺寸对二钉纵向铆接件疲劳强度影响

4.4.5 铆钉个数对结构件疲劳强度影响

4.4.6 载荷对结构件疲劳强度影响

4.5 失效形式

4.5.1 准静态拉伸试验

4.5.2 疲劳试验

4.6 试验结果与仿真结果的对比分析

4.7 疲劳断口分析

4.7.1 宏观断口分析

4.7.2 微观断口分析

4.8 本章小结

第五章 剪切结构疲劳仿真和验证

5.1 软件的简介

5.1.1 Hypermesh

5.1.2 Hypermesh环境中创建ABAQUS分析

5.1.3 FEMFAT

5.2 剪切结构件疲劳模型的建立

5.2.1 模型的导入

5.2.2 网格的划分

5.2.3 材料的定义

5.2.4 接触与约束设置

5.2.5 分析步与输出设置

5.2.6 载荷设置

5.3 FEMFAT疲劳寿命分析

5.3.1 有限元数据导入与组的定义

5.3.2 应力设置

5.3.3 材料设置

5.3.4 载荷谱数据与节点属性

5.3.5 影响参数设置

5.3.5 分析参数

5.4 仿真结果的分析

5.4.1 铆钉与板长的间距对二钉横向铆接结构件疲劳性能的影响

5.4.2 搭接尺寸对二钉横向铆接结构件疲劳性能的影响

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢