无铆钉连接工艺对钢铝材料连接疲劳特性影响研究

发布时间：2017-09-05 16:21

  本文关键词：无铆钉连接工艺对钢铝材料连接疲劳特性影响研究

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【摘要】：汽车行业的快速发展,导致了近些年能源以及环境方面的问题日益严重。汽车轻量化作为缓解这些问题的一个重要的技术手段越来越受到人们的重视。而先进高强钢以及铝合金作为优越的轻量化材料正在越来越多的应用于汽车生产上,那么如何更好的解决他们之间的连接问题成为一个重要的研究热点。降低车身质量的方法主要从三方面进行,使用新的材料、车身结构优化和采用新的制造工艺。现在的研究在这三方面都比较深入,但是考虑到汽车是大规模批量生产的工业品,成本和可持续性是不可忽视的一个重要方面,这也一定程度上限制了新材料的使用。车身结构优化是车身方面一直比较重视的研究领域,现在已经非常的成熟和发达,从车身结构优化方面大幅度的提高汽车车身的材料利用率、降低车身质量显然是不太现实的。所以本文的研究是从新的制造工艺进行展开研究的,传统的车身连接工艺使用都有一定的限制,如点焊工艺的缺点是焊点不稳定,易生成杂质;铆接工艺的缺点是外观差,铆接效率比较低;粘接工艺在高温固化时容易发生变形。而且在高强钢特别是超高强钢和铝合金异种金属的连接方面,接头质量都是差强人意,不能满足实际需要。这里创新性的采用将传统自冲铆接连接技术和热成形加工工艺相结合的方式用于高强钢和铝合金的连接方面。本文的研究也从这方面展开。对高强钢进行批量热处理,并且将不同的加热和冷却方式的热处理结果进行对比,发现采用“盐浴法”进行批量加热,用淬火油进行批量冷却得到的热处理结果氧化较少、材料变形较小、热处理结果比较稳定。对热处理后的高强钢材料进行静力学和疲劳试验,和未经过处理的原材料高强钢进行对比,分析热处理工艺对高强钢材料的影响,以及经过热处理以后高强钢材料是否满足实际需要。设计铆接模具,对热处理后的高强钢和铝合金材料进行铆接成形试验。进行高强钢和铝合金材料的不同布置方式和不同的成形参数对铆接成形接头质量影响的研究,从得到的铆接接头的形状和铆接接头的质量来确定最佳的材料布置形式和最佳的成形参数,在最佳的成形工艺参数下得到一批异种金属的无铆钉铆接试件,用来进行接下来的研究。对得到的无铆钉铆接接头进行静力学和疲劳试验,通过成组疲劳试验法获得铆接接头的S-N曲线,进而研究铆接接头的疲劳特性。从得到的试验结果来确定所得到的铆接接头是否满足实际需要。
【关键词】：钢铝连接 无铆钉铆接 热成形 疲劳特性
【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】：U465.2
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-15
• 1.2 无铆钉铆接工艺15-18
• 1.2.1 无铆钉铆接工艺过程15-16
• 1.2.2 无铆钉铆接工艺的优缺点16-18
• 1.3 高强钢的热成形工艺18-21
• 1.3.1 高强钢的热成形过程18-19
• 1.3.2 热成形高强钢的优缺点19-21
• 1.4 主要研究内容及技术路线21-22
• 1.4.1 本文研究内容21
• 1.4.2 研究的技术路线21-22
• 1.5 研究意义和可行性分析22-23
• 1.6 本章小结23-24
• 第2章 自冲铆疲劳分析理论基础24-32
• 2.1 疲劳概念及抗疲劳设计24-26
• 2.1.1 疲劳概念24
• 2.1.2 疲劳研究的意义24-25
• 2.1.3 抗疲劳设计25-26
• 2.2 自冲铆接头的疲劳破坏机制26-27
• 2.2.1 自冲铆接头疲劳裂纹的萌生26
• 2.2.2 自冲铆接头疲劳裂纹的扩展26-27
• 2.2.3 自冲铆接头的疲劳破坏27
• 2.3 影响疲劳强度的因素27-28
• 2.3.1 形状及表面加工的影响27
• 2.3.2 尺寸效应27
• 2.3.3 载荷持续情况的影响27-28
• 2.3.4 平均应力的影响28
• 2.4 疲劳分析方法与疲劳设计方法28-30
• 2.4.1 无限寿命设计方法28-29
• 2.4.2 有限寿命设计方法29
• 2.4.3 损伤容限设计方法29-30
• 2.4.4 耐久性设计方法30
• 2.5 本章小结30-32
• 第3章 22MnB5高强钢材料的强度及疲劳试验32-48
• 3.1 22MnB5高强钢材料的相关处理32-35
• 3.2 热处理高强钢的静力试验35-37
• 3.2.1 静力试验试件的制备35-36
• 3.2.2 试验设备36
• 3.2.3 试验结果36-37
• 3.3 热处理高强钢的疲劳试验37-42
• 3.3.1 疲劳试验试件的制备37
• 3.3.2 试验设备37-38
• 3.3.3 疲劳试验过程38-40
• 3.3.4 疲劳试验结果40-42
• 3.4 热处理高强钢的疲劳仿真42-47
• 3.4.1 模型的创建和网格的划分42-43
• 3.4.2 模型工况、边界的定义43
• 3.4.3 疲劳分析模块43-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第4章 无铆钉铆接工艺及其接头力学分析48-66
• 4.1 无铆钉铆接工艺48-53
• 4.1.1 试件的制备过程48-49
• 4.1.2 无铆钉铆接准备过程49-50
• 4.1.3 无铆钉铆接试验过程50-51
• 4.1.4 铆接试验结果51-53
• 4.2 铆接接头的单拉试验53-55
• 4.2.1 单拉试验过程53-55
• 4.2.2 单拉试验结果分析55
• 4.3 仿真分析55-58
• 4.3.1 网格处理55-56
• 4.3.2 拉伸试验有限元模型56-58
• 4.4 铆接接头的疲劳试验58-63
• 4.4.1 试验设备58-59
• 4.4.2 试验方案59-60
• 4.4.3 试验过程60-63
• 4.5 基于疲劳钢铝材料HRQ自冲铆连接技术规范63-65
• 4.5.1 HRQ铆接工艺过程63-64
• 4.5.2 HRQ铆接工艺规范64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第5章 总结和展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 作者简介及科研成果72-74
• 致谢74

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本文编号：799011