基于热影响的钢铝异种材料零件连接研究

发布时间：2017-12-09 13:34

  本文关键词：基于热影响的钢铝异种材料零件连接研究

  更多相关文章： 钢铝混合 钢铝异种材料连接 材料热膨胀 热变形 有限元仿真分析

【摘要】：近年来,随着国内汽车数量的增加,能源消耗以及环境污染等问题越来越受到社会的关注,汽车轻量化已经成为实现节能减排的有效途径之一。其中钢铝混合车身在实现车身轻量化方面有突出的优势,与传统钢结构车身相比,钢铝混合车身是指在车身中,用高强度钢板和铝合金等轻质材料来替代车身结构中的某些构件。但是钢铝混合车身不得不面临钢铝连接热变形的问题,因为汽车的制造必须要经历涂装工艺,在涂装加热的过程中,由于钢和铝热膨胀特性的差异,会使连接到一起的钢和铝膨胀量不一致,从而产生热变形,这样不仅可能导致钢铝连接件的凹陷和翘曲,以至于影响装配,甚至有可能会引起钢铝连接失效。因此分析加热条件下,影响钢铝连接结构的因素变得十分有必要。本文分别分析了在涂装加热工艺下的钢铝粘接结构和钢铝铆接结构,选用的材料是Q235碳素结构钢和5754铝合金。首先探究了钢和铝的热膨胀机理,分析了钢和铝的热膨胀系数随温度的变化情况,通过实验获取了Q235碳素结构钢和5754铝合金准确的热膨胀系数,以及真实的应力应变曲线。建立钢板和铝板的热膨胀有限元模型,并通过热膨胀系数的理论计算公式来验证有限元模型的准确性。基于钢板和铝板热膨胀模型,建立了涂装加热工艺中钢板和铝板的粘接模型,首先选取模拟钢板和铝板的材料模型;然后对比共节点连接、梁单元连接和内聚力模型,选择了合适的胶粘接头模拟方法;最后通过加热条件下的钢铝粘接实验,来验证钢板和铝板粘接模型的可靠性。在得到准确的钢铝胶粘模型的基础上,分析了胶层宽度、胶粘剂的弹性模量和母材厚度对钢铝粘接件热变形的影响,以及母材厚度和胶层的厚度对胶接接头强度的影响,为降低涂装工艺下热变形的不良影响,以及提高钢铝粘接强度提供了参考。基于钢板和铝板热膨胀模型,建立涂装加热工艺中钢铝铆接模型,分析加热环境下钢板和铝板的放置顺序对铆接接头强度的影响,即上面板件为钢下面板件为铝合金(上钢下铝)和上面板件为铝合金下面板件为钢(上铝下钢)这两种情况,得到了涂装工艺中,板件放置顺序对钢铝铆接接头强度的影响;同时分析了涂装温度下,铆接位置对钢铝铆接热变形的影响,为探究涂装工艺对钢铝铆接接头强度的影响因素,以及改善钢铝铆接件热变形问题提供了参考。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466

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本文编号：1270593