泡沫金属夹层自冲铆接机械性能及接头强度神经网络预测研究

发布时间：2020-05-28 10:20

【摘要】：绿色设计制造作为一种新的设计理念,轻质结构和新轻型合金被广泛应用于结构设计制造中。在工程实际中,泡沫金属作为结构件通常与传统致密金属形成夹层结构被广泛应用,泡沫金属夹层板因能满足刚度和强度要求,同时具有良好的吸能性被广泛应用于汽车制造和航空航天等制造业中。为了研究用自冲铆接技术连接泡沫金属夹层板结构的有效性,本文对泡沫金属夹层板自冲铆接头的成形质量、接头的静力学性能和疲劳性能进行研究,并分析了接头的微观失效机理。同时本文基于神经网络对自冲铆接头的强度预测进行探索性研究,并在前期研究工作基础上总结了基板强度与自冲铆接头强度和失效形式之间的关联性。主要研究工作总结如下:1.对于自冲铆接工艺的研究,采取110mm×20mm×1.5mm规格的AA5052铝合金作为金属板,分别使用20mm×20mm×1.0mm和20mm×20mm×1.5mm两种尺寸的泡沫铜和泡沫镍作为夹层板,对接头的成形质量进行评价,研究在相同铆接参数下泡沫金属夹层板对自冲铆接头成形质量的影响,为后期连接更多种类的泡沫金属及相关工艺改进提供参考。研究表明泡沫金属的种类和厚度对自冲铆接头成形质量有较大的影响,其直接影响接头钉脚张开度和残余底厚值的大小。2.在接头的静力学性能研究方面,对各组接头进行静力学试验,对比各组接头的静强度和能量吸收性能,分析泡沫金属夹层对自冲铆接头静力学性能的影响;此外还研究了各组接头失效形式的差异,对每组接头失效时的典型断口进行微观分析,对接头的静态失效机理进行研究。结果表明,泡沫金属的种类和厚度影响接头的静力学特性,泡沫镍夹层接头的静力学性能最优。3.在接头的疲劳性能研究方面,本文对无夹层自冲铆接头、1mm的泡沫镍和泡沫铜夹层自冲铆接头进行拉-拉模式的疲劳试验,获得各组接头在三级载荷水平下的疲劳数据。基于三参数经验公式,采用S-N拟合法获得各组接头的F-N曲线,分析泡沫金属夹层种类对自冲铆接头疲劳性能的影响及接头的疲劳失效形式;利用扫描电子显微镜(SEM)对接头疲劳失效断口进行了研究,分析了接头的疲劳失效机理。结果表明泡沫金属夹层板减小了自冲铆接头的疲劳寿命,其中泡沫铜和泡沫镍在不同载荷水平下其对疲劳性能影响程度也具有差异性。4.在接头强度预测方面,对AA5052铝合金板进行自冲铆接正交试验,采用灰色关联度分析了各铆接参数对接头强度的影响程度,并通过BP神经网络建立了铆接参数与接头强度的神经网络预测模型,利用获得的正交试验数据对网络进行训练,并采用未参加训练的样本验证该预测模型的有效性。结果表明:刺穿压强和整形压强对接头强度影响最大,其中刺穿压强对接头强度起决定作用。采用LM算法优化的BP神经网络模型具有良好的泛化能力和预测精度,对未参加训练样本预测精度高,其预测最大相对误差为5.48%,预测精度超过90%。5.在基板强度与接头强度及失效模式的关联性研究方面,制备轻合金板材组合自冲铆接头,通过静力学试验对比接头的静力学性能,分析基板强度对接头静强度和失效形式的影响。结果表明,基板强度影响接头失效形式,当两基板的屈服强度差别较大时,接头失效形式为屈服强度较低的板断裂;当两板屈服强度接近时,接头因铆钉与基板分离失效;当接头失效形式相同时,基板强度影响接头静失效载荷的大小。
【图文】：

夹层,泡沫,三维骨架结构,压边圈

2.5Tab.2.5 Nomenclature of different jointsAA AA5052 AA5052AN AA5052 1mm AA5052AC AA5052 1mm AA5052AN1 AA5052 1.5mm AA5052AC1 AA5052 1.5mm AA5052
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG938

【参考文献】