钢铝自冲铆连接接头失效仿真研究

发布时间：2020-05-24 00:41

【摘要】：车身轻量化是提高整车燃油经济性的有效手段。使用铝、镁等轻质材料替代钢结构将极大地降低车身质量,钢铝混合结构得到了越来越多的应用。点焊是目前车身上应用最广泛的连接方式,但是它只适用于钢钢之间的连接,不适用于钢铝之间的连接。自冲铆接能很好地连接不易焊接的材料,并能够适应流水线和自动化生产,在汽车工业和电子产品等大批量生产的行业中受到越来越多的欢迎和重视。随着高强度材料如高强钢、铝合金应用越来越多,车身结构件本身失效的可能越来越低,结构件之间连接接头的失效问题逐渐成为研究的重点。有限元法是研究连接接头失效问题的有效方法。接头的有限元模型一般可分为两种:一是精细模型(detailed models),通过细致的网格来研究接头各个部位的应力状态和变形过程;二是简化模型(coarse models),通过很少的网格模拟出接头在整个结构中的传力特性,而不关心接头内部的应力状态。本文利用精细模型研究了自冲铆接头的失效机理,提出了基于精细模型的简化模型失效参数标定方法,并将简化模型应用到了车身结构件的碰撞仿真中。建立了5754铝合金以及Q235低碳钢的材料本构模型,采用Swift拟合公式对两种材料的硬化曲线进行拟合,使用GISSMO准则模拟材料在颈缩阶段的软化现象,使用单拉试件、剪切试件以及两种尺寸的缺口试件对MMC准则的失效参数进行标定,确定材料在各应力三轴度及Lode角参数下的失效应变。设计了自冲铆接头小试件拉伸试验夹具,对自冲铆接头小试件进行拉拔、剪切、剥离以及45°角准静态拉伸试验,得到了接头在不同角度拉伸情况下的常见失效形式。建立自冲铆接头小试件精细模型,使用第二章标定的材料本构模型对接头的失效行为进行仿真分析,通过仿真分析了接头在各种拉伸工况下的失效机理。使用所建立的接头精细模型对不同板件叠置顺序、不同铆钉长度的自冲铆接头进行仿真分析,确定了5754铝合金板和Q235钢板的最佳叠置顺序为铝在上钢在下,最佳铆钉长度为6mm。提出通过接头失效精细模型标定简化模型参数的方法。建立了模拟接头失效的实体焊点单元模型以及SPR2约束单元模型,并进行参数标定,比较了两种简化模型对自冲铆接头失效的模拟效果。研究表明,SPR2约束单元模型能够较为准确的模拟自冲铆接头在拉拔工况、45°拉伸工况、剪切工况以及剥离工况的失效情况;实体焊点单元模型在拉拔、45°拉伸及剪切工况下失效位移较小,剥离工况下的峰值载荷及失效位移偏大。SPR2约束单元模型是模拟自冲铆接头失效的理想的简化模型。使用SPR2约束单元模型对帽形梁在碰撞工况下的压溃行为进行仿真,研究了铆钉间距对帽形梁吸能特性的影响。
【图文】：

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吉林大学硕士学位论文力学性能，研究并建立能够准确模拟自冲铆接头失效行为的精细模型以及应用在汽车碰撞仿真分析中的简化模型并进行参数优化，提出利用接头失效精细模型标定接头失效简化模型的方法。1.2 半空心铆钉自冲铆接技术简介1.2.1 半空心铆钉自冲铆接成形过程半空心铆钉自冲铆接是一种通过铆钉将两种及两种以上板材连接起来的连接技术。半空心自冲铆铆接工艺流程，如图 1.1 所示，可以分为四个阶段[7]：压冲

形貌,铆接,评价方法,评价指标

图 1.2 铆接接头评价指标载荷评价方法评价方法是评价接头质量的最直接的标准，通过接头的拉伸试各种工况下的载荷-位移曲线，进而得到接头的峰值载荷、吸证接头形貌的基础上峰值载荷越大、吸能量越多则接头的质内外研究现状冲铆接技术研究现状铆接技术问世以来，国内外学者对自冲铆接技术进行了广泛成形参数、力学性能、疲劳特性，失效模式等。11]模拟了 1.15mm 厚 6016T6 铝合金和 1.5mm 厚 5182O 铝合金程，并与试验进行比较，验证了仿真方法的有效性，，通过有限铆接过程中铆接压力的变化情况，并研究了板件的翘曲与压边
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG938

【参考文献】