基于超声振动辅助的钛合金铆钉铆接技术研究

发布时间：2017-10-14 14:30

  本文关键词：基于超声振动辅助的钛合金铆钉铆接技术研究

  更多相关文章： 超声振动 钛合金铆钉 压铆力 镦头高度 干涉量

【摘要】：随着飞机结构中复合材料和钛合金材料用量的日益增多,钛合金铆钉的应用也越来越广泛。现有的铆接技术,如自动钻铆和电磁铆接等,在解决钛合金铆钉连接时还存在一定的缺陷。超声振动有利于改善材料的流变行为、降低屈服强度、提高塑性极限,已广泛应用于难成形材料的加工。本论文通将超声振动技术应用到传统压铆工艺上,采用有限元与试验相结合的分析方法,研究超声振动辅助对钛合金铆钉铆接变形的影响。本论文研究主要包含以下内容:1)设计了基于超声振动辅助的铆接平台,重点分析了超声换能器、变幅机构的设计与选用原理。通过模态分析和谐响应分析,表明超声振动系统在20KHz频率激励下能够获得较大的纵向振幅。2)探讨了超声振动对材料塑性变形的影响,通过实验获取钛合金铆钉材料在静态和超声振动辅助下的应力应变关系,超声振动能降低材料的屈服强度。同时,通过对变形后材料显微组织观测,认定振动辅助下材料能保持原有组织的形貌。3)建立基于超声振动辅助的铆接有限元模型,通过仿真分析,得出超声振动能降低20%压铆力,并且这种降低效果随着超声振动振幅的增加而增强。通过表面效应分析,获得超声振动辅助铆接的临界速率。通过对镦头高度的仿真研究,超声振动能减弱铆钉镦头回弹,有利于镦头高度的精确控制。4)开展基于超声振动辅助的钛合金铆钉铆接试验,通过试验与仿真数据的对比,仿真误差在6%以内,验证仿真研究方法的可行性。设计特定高度下的干涉量分布试验,试验结果表明超声振动辅助铆接可获得沿钉杆轴线方向分布更均匀,数值更大的干涉量。通过镦头高度控制和压铆力控制对比试验,得到干涉量控制最优参数指标。上述结果表明,超声振动辅助的铆接技术降低了铆钉的成形力、改善了铆接结构干涉量分布,该方法为解决难成形铆钉材料的连接提供了新的技术手段。
【关键词】：超声振动 钛合金铆钉 压铆力 镦头高度 干涉量
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V262
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 钛合金铆钉连接技术发展现状13-17
• 1.2.1 冷铆13-15
• 1.2.2 热铆15-16
• 1.2.3 电磁铆接16-17
• 1.3 超声振动辅助材料成形研究现状17-20
• 1.3.1 超声振动辅助成形技术机理的研究17-18
• 1.3.2 超声振动辅助材料成形设备18-20
• 1.4 课题研究的意义与目的20
• 1.5 论文主要研究内容20-22
• 第二章 超声振动辅助的铆接平台设计22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 超声波发生器22
• 2.3 超声换能器22-24
• 2.4 超声变幅机构设计24-31
• 2.4.1 变幅杆选择原则25
• 2.4.2 纵向波在变截面杆振动理论基础25-26
• 2.4.3 阶梯形变幅杆设计原理26-27
• 2.4.4 变幅杆参数选择27-28
• 2.4.5 工具头参数选择28
• 2.4.6 模态分析28-31
• 2.4.7 谐响应分析31
• 2.5 超声振动定位工装设计31-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 超声振动辅助的铆接过程仿真34-49
• 3.1 引言34
• 3.2 超声振动对材料塑性变形的影响34-37
• 3.2.1 超声振动对材料宏观塑性强度的影响34-35
• 3.2.2 超声振动对材料微观组织的影响35-37
• 3.3 超声振动辅助铆接有限元仿真37-41
• 3.3.1 几何模型建立37
• 3.3.2 材料参数定义37-38
• 3.3.3 接触与耦合定义38
• 3.3.4 网格划分38-39
• 3.3.5 铆接过程设定39-41
• 3.4 仿真结果分析41-48
• 3.4.1 超声振动对压铆力影响分析41-43
• 3.4.2 超声振动振幅对压铆力影响分析43-44
• 3.4.3 加载速率对超声振动效果的影响分析44-47
• 3.4.4 超声振动对镦头回弹的影响分析47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 基于超声振动辅助的钛合金铆钉铆接试验49-66
• 4.1 引言49
• 4.2 试验方案49-50
• 4.2.1 试验件设计49-50
• 4.2.2 试验方案50
• 4.3 试验过程50-54
• 4.3.1 制孔50-51
• 4.3.2 铆接51-52
• 4.3.3 钉杆尺寸检测52-54
• 4.3.4 钉杆直径补偿计算54
• 4.4 试验结果分析54-65
• 4.4.1 超声振动对压铆力影响55-56
• 4.4.2 超声振动对铆接干涉量影响56-58
• 4.4.3 超声振动辅助的镦头高度控制影响分析58-61
• 4.4.4 超声振动辅助的压铆力控制影响分析61-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 总结与展望66-69
• 5.1 全文总结66-67
• 5.2 研究展望67-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文74-75
• 附录 超声振动系统定位装置设计图样75-80

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本文编号：1031618