轻金属板材旋转摩擦压铆接及钻压铆接技术的数值模拟

发布时间：2017-05-19 01:07

  本文关键词：轻金属板材旋转摩擦压铆接及钻压铆接技术的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：由于节能和环保的要求,轻量化已成为汽车工业发展的方向。为了减轻汽车重量,可在汽车生产过程中增加轻质合金(如：镁合金和铝合金)的用量。连接技术是扩大轻质合金使用的关键技术。传统的连接技术主要有焊接、机械连接以及电磁铆接等多种。但由于轻质合金的特点,现有的连接技术并不完全适用,为此,郑州大学材料物理实验室开发了两种轻质合金板材的机械连接技术——旋转摩擦压铆接和钻压铆接。试验研究表明,使用这两种连接技术可以对多种轻质合金进行连接,而且连接接头的性能优良。为了对旋转摩擦压铆接和钻压铆接技术进行深入研究,分析试验结果,本文利用ANSYS有限元分析软件对两种连接技术进行了数值分析与研究,研究的主要内容和结论如下： (1)通过对旋转摩擦压铆接和钻压铆接的实际模拟分析表明,利用ANSYS有限元分析软件对两种连接技术进行数值分析研究是可行的。 (2)对AZ31镁合金板材的旋转摩擦压铆接过程进行了模拟分析,给出了铆接成型过程中的网格变化、挤压过程中位移、应力和应变矢量分布以及铆钉周围的板材材料中应力和应变分布,分析了冲头压力对铆接接头互锁量的影响,并与试验结果进行了比较。结果表明,模拟的铆接成型过程及接头截面形貌与试验结果基本一致；随冲头压力的增加,模拟接头的互锁量增加,但当冲头压力过大时,铆钉将出现明显的镦粗,这种现象以及模拟接头互锁量的定量分析结果与试验结果相吻合；铆钉周围的材料中出现的是压应力,并且下板材内压应力明显大于上板材。这种压应力分布可以对旋转摩擦压铆接接头的疲劳试验结果给出合理的解释。模拟分析结果为旋转摩擦压铆接技术的深入研究提供了理论参考。 (3)以6063变形铝合金板材的钻压铆接过程为对象,对钻压铆接技术的成型过程进行了模拟分析,给出了钻压铆接技术的模拟成型过程和接头的模拟截面形貌,通过与试验结果对比,发现二者是一致的；模拟结果还显示,冲头压力对钻压铆接接头机械互锁的形成有明显影响,互锁量随冲头压力的变化趋势与试验结果基本相同,但数值偏小；模拟接头的铆钉周围材料中也存在明显的压应力和应变分布,因而钻压铆接接头应该表现出良好的疲劳性能,而试验结果证实了这种判断。 (4)对A356铸造铝合金的钻压铆接过程进行了模拟分析。虽然A356铸造铝合金板材表现出更高的脆性,但模拟结果表明,接头的模拟成型过程、模拟截面形貌以及冲头压力对接头机械互锁形成的影响与6063变形铝合金板材钻压铆接过程的模拟结果类似,也与试验结果基本一致。因而该技术也可用于脆性金属板材的连接。
【关键词】：旋转摩擦压铆接 钻压铆接 有限元模拟 ANSYS软件
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH131.1;TG938
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 板材的主要机械连接方法12-15
• 1.2.1 传统铆接技术12-13
• 1.2.2 自冲铆接技术13-14
• 1.2.3 电磁铆接技术14-15
• 1.3 金属板材机械铆接技术有限元模拟简介15-17
• 1.3.1 半空心自冲铆接技术的有限元模拟15-16
• 1.3.2 无铆钉自冲铆接技术的有限元模拟16-17
• 1.3.3 电磁铆接技术的有限元模拟17
• 1.4 有限元模拟方法概况17-20
• 1.4.1 有限元模拟简介18
• 1.4.2 有限元分析的特点和基本步骤18-19
• 1.4.3 有限元模拟方法分类19-20
• 1.4.4 有限元模拟的应用领域和常用软件20
• 1.5 本文研究内容和主要技术路线20-22
• 2 ANSYS有限元模拟软件简介22-28
• 2.1 ANSYS软件概述22-26
• 2.1.1 ANSYS的发展历史22-23
• 2.1.2 模块设置23-24
• 2.1.3 软件功能及模拟步骤24-25
• 2.1.4 软件的应用25-26
• 2.2 ANSYS/LS-DYNA的简介26-27
• 2.2.1 LS-DYNA的功能特点26-27
• 2.2.2 应用领域27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 镁合金旋转摩擦压铆接的有限元分析28-43
• 3.1 旋转摩擦压铆接原理简介28-29
• 3.2 旋转摩擦压铆接有限元模拟方法29-34
• 3.2.1 材料的介绍29-30
• 3.2.2 有限元模型的建立30-33
• 3.2.3 求解过程33-34
• 3.3 模拟结果与分析34-42
• 3.3.1 模拟结果34-39
• 3.3.2 旋转摩擦压铆接试验和有限元模拟结果对比分析39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 钻压铆接的有限元分析43-58
• 4.1 钻压铆接原理简介43-44
• 4.2 钻压铆接有限元模拟方法44-48
• 4.2.1 铆接材料性能44
• 4.2.2 有限元模型的建立44-47
• 4.2.3 求解过程47-48
• 4.3 模拟结果及分析48-57
• 4.3.1 钻压铆接模拟结果48-51
• 4.3.2 试验和模拟结果对比分析51-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 铸造铝合金板材钻压铆接的有限元分析58-66
• 5.1 有限元模拟方法58-59
• 5.2 模拟结果及分析59-65
• 5.3 本章小结65-66
• 6 结论66-67
• 参考文献67-71
• 个人简历、在学期间发表论文及研究成果71-72
• 致谢72

【参考文献】

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本文编号：377469