激光冲击微铆接工艺变形机理与工艺优化研究
发布时间：2021-01-27 10:52
工业制造微型化的发展趋势对连接工艺提出了新的挑战。连接性能各具优势的异质金属材料,实现材料优势性能集成,对于优化微型制件的结构组元,提升其应用价值具有重要意义。然而,异质金属材料在塑性、强度和弹性模量等材料属性上的差异,制约了现有微连接工艺稳定实施,迫切需要发展异质金属材料微连接精确成形理论与工艺。激光冲击微铆接是结合激光冲击微成形理论,提出的一种基于塑性成形原理的新连接工艺,该工艺利用激光诱发爆炸等离子体的冲击波效应,使材料产生塑性变形而形成机械互锁结构。本文通过数值模拟的方法研究了激光冲击微铆接工艺变形机理,分析了工艺参数对铆接过程及结果的影响,运用试验设计与优化方法获取最佳工艺参数组合。分析激光冲击微铆接特点,解决了冲击波压力加载、材料本构模型建立及求解时间确定等数值模拟关键技术,建立了激光冲击微铆接数值模拟模型,并通过实验结果验证数值模拟模型的可靠性。对数值模拟结果中箔材的应力、应变和厚度变化等动态响应进行分析,研究了变形过程中材料的温升和冲击波压力的传播过程。结果表明:成形过程可以划分为轴向胀形变形、径向扩张变形、互锁结构形成三个阶段;厚度减薄严重的区域为连接上板中与连接下板...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２不同情况下焊缝几何形状实验与模拟对比［１５］??Ｌａｐｓａｎｓｋａ等人［１６］研究了?Ａ１ＳＩ３０４不锈钢箔的激光微搭接焊，结果表明随着??激光能量的增加，焊道质量逐渐变差?
自冲铆接技术是通过冲头将半空心铆钉压入板材内，形成喇叭口达成自锁的??连接工艺［１８］。Ｐｒｅｓｚ等人［１９，２Ｇ］通过数值模拟的方式研究了微铆钉制造工艺对微接??头质量的影响，如图１－３所示。研究结果表明在忽略工具强度和尺寸效应影响的??前提下，数值模拟的结果证明了不同微铆钉制造工艺可以获得足够坚固的微铆钉，??并获得较高质量的自冲铆接微型接头。但是将该工艺应用于微制造工业中仍然面??临着许多难以解决的问题。??（ａ）?Ｓ，?ＦＩ?…ｖ：??．．．．?＇?ｒ?ｒ?以??＊?＊．?＊?？?＇?厂?＂?；－??（ｂ）
山东大学硕士学位论文??成一个相互镶嵌的连接接头，从而实现板材连接的机械连接方法［１８】，无铆钉铆接??工艺原理如图１－４所示。１８９７年，无铆钉铆接技术在德国获得专利。然而直到上??世纪８０年代，无铆钉铆接技术才开始作为一种新的板材连接技术被应用于工业??领域。??二：ｔ１：‘亡?＆肩＾■??．１：，?…—隱．??（ｉｘａＨＯＴｂｙＳｔｆｈｉｔｅｒ?Ｆｏｍｉｎｇ?，ｎｄｉｅ?Ｆｏｒｍｉｎｇ?ｏｆｉｎｔｅｒｌｏｃＫ?ＢａｃｋｓｔｒｏＫｅ??图１￣４无铆钉铆接工艺原理??近三十年来，无铆钉铆接技术获得重视并快速发展，国内外众多学者对无铆??钉铆接工艺进行了探究。ＭｕｃｈａｔＭ通过数值模拟的方式研究了工艺参数对无铆钉??铆接接头强度的影响，并运用数值模拟的结果从微观角度分析了变形区应力、应??变的分布情况，确定了有效的连接工艺参数，如图１－５所示。??⑷?（ｂ）????ｆｅｍ?ｉｓｏ５?ｔｉ??１＝０－２６２??１＝０．１５５?，ｒ？ｖｒＴ?＾?？??＾?ｊ?ｆ?Ｃｈａｎｇｅ?ｉｎ?ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光微连接技术研究与应用进展[J]. 赵兴科,邢德胜,刘大勇. 航空制造技术. 2017(12)
[2]塑性微成形技术研究进展[J]. 单德彬,徐杰,王春举,郭斌. 中国材料进展. 2016(04)
[3]不同强度钢铝板材压力连接匹配规律与优化[J]. 黄信宏,陈吉清,周云郊,兰凤崇. 计算机集成制造系统. 2012(05)
[4]钢铝板材压力连接模具几何参数多目标优化[J]. 周云郊,兰凤崇,黄信宏,陈吉清. 材料科学与工艺. 2011(06)
[5]压印连接工艺过程的数值模拟及实验研究[J]. 冯模盛,何晓聪,严柯科,张玉涛. 科学技术与工程. 2011(23)
[6]基于神经网络无铆钉自冲铆接头力学性能预测[J]. 龙江启,兰凤崇,陈吉清. 计算机集成制造系统. 2009(08)
[7]激光冲击约束层和吸收层的研究[J]. 张凌峰,张永康,任旭东,冯爱新. 农业机械学报. 2007(01)
[8]约束层对激光驱动冲击波压力影响机理的理论研究[J]. 顾永玉,张永康,张兴权,史建国. 物理学报. 2006(11)
[9]金属板件压接数值模拟及模具设计[J]. 杨小宁,佟铮,赵丽萍,王建斌,敖英海. 模具工业. 2006(10)
[10]基于多目标优化的扁挤压筒结构设计[J]. 冯秋红,刘全坤,胡龙飞. 中国机械工程. 2006(17)
博士论文
[1]激光冲击处理工艺过程数值建模与冲击效应研究[D]. 胡永祥.上海交通大学 2008
[2]微塑性成形机理及精密微塑性体积成形装置研究[D]. 王春举.哈尔滨工业大学 2007
[3]典型爆炸载荷下柱壳结构的冲击响应和破坏研究[D]. 范书群.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]铜箔/开孔不锈钢板激光冲击铆接实验研究[D]. 王建峰.山东大学 2017
[2]激光间接冲击金属箔板剪切微铆接工艺研究[D]. 李聪.江苏大学 2017
[3]大厚度差及异质板间的平底带孔冲压连接技术研究[D]. 黄倩.重庆大学 2016
[4]基于轻量化技术的汽车设计[D]. 张婕姝.沈阳航空航天大学 2016
[5]基于响应面法的锻造预成形优化设计方法研究[D]. 曹品金.山东大学 2013
[6]金属板料激光冲击多点复合成形的数值模拟和实验研究[D]. 叶镇.江苏大学 2010
[7]汽车后桥横梁冲压回弹控制与工艺参数优化研究[D]. 郑超.合肥工业大学 2007
本文编号：3002925
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２不同情况下焊缝几何形状实验与模拟对比［１５］??Ｌａｐｓａｎｓｋａ等人［１６］研究了?Ａ１ＳＩ３０４不锈钢箔的激光微搭接焊，结果表明随着??激光能量的增加，焊道质量逐渐变差?
自冲铆接技术是通过冲头将半空心铆钉压入板材内，形成喇叭口达成自锁的??连接工艺［１８］。Ｐｒｅｓｚ等人［１９，２Ｇ］通过数值模拟的方式研究了微铆钉制造工艺对微接??头质量的影响，如图１－３所示。研究结果表明在忽略工具强度和尺寸效应影响的??前提下，数值模拟的结果证明了不同微铆钉制造工艺可以获得足够坚固的微铆钉，??并获得较高质量的自冲铆接微型接头。但是将该工艺应用于微制造工业中仍然面??临着许多难以解决的问题。??（ａ）?Ｓ，?ＦＩ?…ｖ：??．．．．?＇?ｒ?ｒ?以??＊?＊．?＊?？?＇?厂?＂?；－??（ｂ）
山东大学硕士学位论文??成一个相互镶嵌的连接接头，从而实现板材连接的机械连接方法［１８】，无铆钉铆接??工艺原理如图１－４所示。１８９７年，无铆钉铆接技术在德国获得专利。然而直到上??世纪８０年代，无铆钉铆接技术才开始作为一种新的板材连接技术被应用于工业??领域。??二：ｔ１：‘亡?＆肩＾■??．１：，?…—隱．??（ｉｘａＨＯＴｂｙＳｔｆｈｉｔｅｒ?Ｆｏｍｉｎｇ?，ｎｄｉｅ?Ｆｏｒｍｉｎｇ?ｏｆｉｎｔｅｒｌｏｃＫ?ＢａｃｋｓｔｒｏＫｅ??图１￣４无铆钉铆接工艺原理??近三十年来，无铆钉铆接技术获得重视并快速发展，国内外众多学者对无铆??钉铆接工艺进行了探究。ＭｕｃｈａｔＭ通过数值模拟的方式研究了工艺参数对无铆钉??铆接接头强度的影响，并运用数值模拟的结果从微观角度分析了变形区应力、应??变的分布情况，确定了有效的连接工艺参数，如图１－５所示。??⑷?（ｂ）????ｆｅｍ?ｉｓｏ５?ｔｉ??１＝０－２６２??１＝０．１５５?，ｒ？ｖｒＴ?＾?？??＾?ｊ?ｆ?Ｃｈａｎｇｅ?ｉｎ?ｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]激光微连接技术研究与应用进展[J]. 赵兴科,邢德胜,刘大勇. 航空制造技术. 2017(12)
[2]塑性微成形技术研究进展[J]. 单德彬,徐杰,王春举,郭斌. 中国材料进展. 2016(04)
[3]不同强度钢铝板材压力连接匹配规律与优化[J]. 黄信宏,陈吉清,周云郊,兰凤崇. 计算机集成制造系统. 2012(05)
[4]钢铝板材压力连接模具几何参数多目标优化[J]. 周云郊,兰凤崇,黄信宏,陈吉清. 材料科学与工艺. 2011(06)
[5]压印连接工艺过程的数值模拟及实验研究[J]. 冯模盛,何晓聪,严柯科,张玉涛. 科学技术与工程. 2011(23)
[6]基于神经网络无铆钉自冲铆接头力学性能预测[J]. 龙江启,兰凤崇,陈吉清. 计算机集成制造系统. 2009(08)
[7]激光冲击约束层和吸收层的研究[J]. 张凌峰,张永康,任旭东,冯爱新. 农业机械学报. 2007(01)
[8]约束层对激光驱动冲击波压力影响机理的理论研究[J]. 顾永玉,张永康,张兴权,史建国. 物理学报. 2006(11)
[9]金属板件压接数值模拟及模具设计[J]. 杨小宁,佟铮,赵丽萍,王建斌,敖英海. 模具工业. 2006(10)
[10]基于多目标优化的扁挤压筒结构设计[J]. 冯秋红,刘全坤,胡龙飞. 中国机械工程. 2006(17)
博士论文
[1]激光冲击处理工艺过程数值建模与冲击效应研究[D]. 胡永祥.上海交通大学 2008
[2]微塑性成形机理及精密微塑性体积成形装置研究[D]. 王春举.哈尔滨工业大学 2007
[3]典型爆炸载荷下柱壳结构的冲击响应和破坏研究[D]. 范书群.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]铜箔/开孔不锈钢板激光冲击铆接实验研究[D]. 王建峰.山东大学 2017
[2]激光间接冲击金属箔板剪切微铆接工艺研究[D]. 李聪.江苏大学 2017
[3]大厚度差及异质板间的平底带孔冲压连接技术研究[D]. 黄倩.重庆大学 2016
[4]基于轻量化技术的汽车设计[D]. 张婕姝.沈阳航空航天大学 2016
[5]基于响应面法的锻造预成形优化设计方法研究[D]. 曹品金.山东大学 2013
[6]金属板料激光冲击多点复合成形的数值模拟和实验研究[D]. 叶镇.江苏大学 2010
[7]汽车后桥横梁冲压回弹控制与工艺参数优化研究[D]. 郑超.合肥工业大学 2007
本文编号：3002925
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