考虑材料−结构−工艺参数的铆接质量多目标优化设计EI北大核心CSCD

为提高铝镁合金压铆接头的铆接质量,本文提出了考虑材料−结构−工艺参数的多目标优化设计方法。首先,通过金属的拉伸和压缩试验,获取了铆钉和铆接板材料的本构模型参数;其次,建立了压铆接头的有限元仿真模型,并对接头的干涉量水平和干涉均匀度进行了分析和评价,将仿真与试验结果对比,验证了仿真的准确性;最后,选取压铆接头的材料、结构和工艺参数为设计变量,以接头的关键测点的相对干涉量、整体平均相对干涉量和相对干涉量标准差系数为优化目标,基于田口稳健性实验设计和灰色相关分析方法,结合熵权法得到的目标响应的权重值对压铆接头进行了一体化多目标优化,得到了各设计变量的最佳参数组合。多目标优化后,压铆接头的整体平均相对干涉量,从1.67%提高到2.36%,提升了41.3%,且优化后的值在航天工业标准推荐的范围内,相对干涉量标准差系数,从67.49%降低到41.0%,降低了39.3%,接头的整体干涉量水平和干涉量均匀度得到了双重提升。     

CFRP叠层横向超声振动辅助铆接技术

针对碳纤维增强复合材料叠层钛合金铆钉铆接时出现的钛合金铆钉难变形、铆接干涉量不均匀等问题,提出了一种横向超声振动辅助铆接技术,以改善钛合金铆钉塑性、促进接头干涉量均匀分布。通过建立不同振幅和表面粗糙度的铆接实验,定量分析了铆接相对干涉量、镦头尺寸偏差与形貌及力学性能。研究结果表明,振幅越大,相对干涉量越大,在振幅为21μm时可实现较为理想的相对干涉量配合,其相对干涉量范围在1.72%～1.54%之间;粗糙度对相对干涉量的影响较小,但粗糙度越大,塑性改善越显著,镦头尺寸偏差越大。此外,拉伸实验结果表明,普通铆接的最大拉伸载荷为4166.21 N,在振幅为26μm时横向超声振动辅助铆接的最大拉伸载荷为4562.32 N,提高了9.51%。     

锪窝及凹模对无头铆钉电磁铆接变形的影响

无头铆钉具有钉杆成形均匀、连接结构的疲劳寿命高和铆钉自身密封性能好等优点,广泛应用于航空航天领域。针对无头铆钉电磁铆接过程中的成形质量控制问题,采用数值模拟与试验研究相结合的方法,运用宏观和微观分析手段,研究了锪窝结构及铆模型式对电磁铆接无头铆钉变形及干涉量的影响规律。研究结果表明:采用锪窝结构及凹型铆模能有效减小镦头45°方向剪切效应,使其变形均匀,无明显剪切带产生;相比于平头铆模,凹型铆模可有效限制材料的径向流动,更有利于提高钉杆干涉量;采用锪窝结构及凹型铆模时钉杆干涉量标准系数CV值较小,干涉量分布更加均匀。     

铝锂合金自动铆接干涉量及残余应力分析

铝锂合金是航空制造中的新型合金材料,其铆接技术是现代飞机制造重要研究方向。铆接后的铝锂合金板孔的干涉量影响到残余应力分布,为了研究铆接过程与残余应力分布特征之间的关系,利用自动钻铆装备对不同厚度的铝锂合金板进行铆接。使用ABAQUS/Explicit对铝锂合金自动压铆过程进行了仿真,通过试验和仿真的方法分析不同压铆力、铆钉长度、壁板厚度和铆钉材料等组合条件下铝锂合金壁板内部所产生的干涉量,进而推导出各工艺条件下铝锂合金壁板厚度方向上残余应力的分布规律。结果表明,2060-T8铝锂合金壁板孔壁产生的干涉量及沿板厚方向分布的残余应力随压铆力的增大而增大,随铆钉长度的增大而减小,随壁板厚度的增加呈现非单调增长的趋势。壁板总厚度为4.2 mm时,平均干涉量及平均残余应力可以达到最大值。相比于2117-T4铝合金铆钉,采用7050-T3铝合金铆钉压铆后2060-T8铝锂合金壁板产生的平均干涉量降低6%～12%,平均残余应力降低8%～12%。     

电磁铆接和锤铆铆接质量对比分析

通过实验对电磁铆接和锤铆两种铆接方法的铆接质量进行对比。对比内容主要包括干涉量均匀性、铆钉剪切强度和铆钉拉脱强度3个方面。结果表明:电磁铆接的干涉量更均匀,并且镦头尺寸质量稳定,受人为因素影响小;在强度方面,无论是接头剪切强度还是拉脱强度,采用电磁铆接的接头强度均优于采用普通锤铆的接头强度。     

电磁铆接过程数值模拟

电磁铆接是一种新型铆接工艺,铆接过程中材料的应变率高,铆钉材料的变形方式不同于普通铆接.通过电磁铆接过程的数值模拟分析影响铆接质量的因素,重点分析铆模几何构形对铆钉镦头成形的影响,为铆模优化设计提供了理论依据.数值模拟发现改变铆模倾角可以改变镦头区的应力分布,从而改变镦头区应变分布;减小铆模倾角可以减小最大剪应力,从而减小剪应变,防止镦头裂纹的产生.镦头金相组织表明数值模拟结果符合实际情况.     

超声振动辅助铆接精确成形

采用超声振动辅助技术,利用万能材料试验机分别对45钢、6063铝合金和T2铜3种板材进行铆接实验。在不同条件下,对铆接过程中的压铆力、剪切强度、相对干涉量以及6063铝合金铆钉的材料流动进行分析,研究了超声振动对铆接工艺中铆钉的力学性能、变形行为以及铆接质量的影响。结果表明:施加超声振动时,随振幅增大,压铆载荷逐渐降低,不同板材的压铆力的降幅基本相等;剪切强度得到了提升,最大增幅为10.47%。在超声振动的表面效应和软化作用下,接触面之间的摩擦作用得到改善,难变形区面积减小了51.08%,钉杆的变形尺寸更加均匀。超声振动可降低铆接结构的相对干涉量系数,尺寸均匀度的改善有利于延长铆接结构的疲劳寿命。     

铁道车辆热铆连接的有限元分析

为了进一步研究铁道车辆热铆连接过程,基于热固耦合有限元理论建立铆钉和铆接件的有限元模型,模拟热铆连接过程,并结合试验进行验证。将热铆连接变形过程分为6个阶段,分析铆钉在热铆连接过程中的受力和变形情况,并通过改变铆钉钉杆长度和镦头高度,分析不同参数对热铆连接的影响,并得到最佳热铆参数。结果表明:铆钉的最大应力集中在铆钉镦头和与铆接件边缘相接触的中心部位,最大应变集中在镦头靠近铆接件边缘的位置;钉杆长度小于一定值时,铆钉的最大应力均发生在铆钉镦头顶部和镦头与铆接件边缘相接触的中心部位,超过该值时,应力集中位置只出现在铆钉镦头顶部;铆钉的最大应力随镦头高度总体呈下降趋势。     

基于有限元分析的铆螺母铆接厚度影响研究

以某新型奥氏体不锈钢铆螺母为研究对象,基于ABAQUS、SolidWorks软件建立铆螺母铆接过程有限元仿真模型,结合有限元分析与试验研究,探究夹层厚度对铆接镦头形貌、铆螺母拉脱力、铆接连接结构拉伸性能的影响规律,分析夹层厚度对铆螺母铆接变形及铆接结构力学性能的影响机制。有限元仿真结果与试验结果一致,随夹层厚度增加,最大拔出力先增大后减小。研究结果显示：该型号铆螺母在夹层厚度为3.5 mm时,铆接结构轴向拉脱力最大,且整体连接结构拉伸性能最好。     

碳纤维-铝合金电磁铆接与准静态压铆对比

为了探究电磁铆接技术在碳纤维复合材料上的可行性,采用碳纤维-铝合金结构为研究对象。探究了碳纤维-铝合金电磁铆接接头的干涉量及剪切、拉脱性能,并与传统准静态压铆技术进行了对比。结果表明:无论是Φ4 mm铆钉,还是Φ6 mm铆钉,电磁铆接结构相对干涉量不仅均匀性更好,而且平均值更高,分别从4.96%提升到5.20%,6.85%提升到7.85%;电磁铆接接头剪切性能有较大提高,对于Φ4 mm铆钉和Φ6 mm铆钉,电磁铆接最大剪切力相比准静态压铆分别提高了19.7%和5.2%;电磁铆接接头拉脱性能有较小提高,对于Φ4 mm铆钉和Φ6 mm铆钉,电磁铆接最大拉脱力相比准静态压铆提高了3.9%和6.6%。结果说明电磁铆接技术更适合复合材料的连接。     

结构胶-自冲铆混合连接剥离性能数值模拟

为研究结构胶-自冲铆混合连接接头的剥离性能及结构胶与自冲铆的相互影响关系,利用ABAQUS软件建立了T型接头数值模拟模型。采用了内聚力模型模拟结构胶损伤,采用了渐进损伤模型模拟铝合金的损伤。对比了剥离试验结果,结构胶-自冲铆混合连接T型接头数值模型预测的能量吸收值误差为3.44%,验证了仿真模型的有效性。对比了结构胶-自冲铆混合连接和自冲铆接的剥离试验力-位移曲线,结果表明:结构胶使自冲铆接T型接头的能量吸收值提高了45.0%。对比了结构胶-自冲铆混合连接和结构胶接的剥离仿真胶层损伤云图,结果表明:自冲铆使结构胶接T型接头的胶层损伤面积得到了有效的降低。     

基于ABAQUS的热辅助铆接分析

针对大直径、难成形合金材质铆钉在常规铆接过程中易出现变形开裂、干涉量不足等问题,提出将铆钉先"预热"处理,再进行铆接的连接方法。利用有限元分析软件,以7075铝合金材料建立有限元模型,模拟在不同温度、不同铆接速率下,铆钉的变形及受力情况。研究表明:随着热辅助铆接温度的升高,压铆力的减少幅度呈现先升高后降低的趋势,较小的压铆力能够减小钉杆开裂的风险;合适的铆接速率也能改善热辅助铆接的铆接品质,提高疲劳寿命。这种热辅助铆接技术对于今后铆钉铆接的技术工艺具有一定的参考价值。     

摇臂精密冲铆成形装置研究

为解决复杂结构摇臂铆接过程中销轴增粗变形技术问题,优化设计了一种分瓣式凹模结构冲铆精密成形模具,并通过铆接力的计算分析,优化设计了销轴结构.借助Deform-3D工具对摇臂销轴冲铆过程进行仿真分析.最后,通过对比试验验证了模具结构的合理性.本方案有效地控制了摇臂销轴在冲铆时镦粗变形量,满足摇臂铆接后销轴直径工艺设计要求...     

TC4钛合金连接板抽芯铆接数值模拟

以某型高速战机的TC4钛合金蒙皮的抽芯铆接工艺为研究对象，基于ABAQUS有限元软件对TC4钛合金连接板的抽芯铆接过程进行了数值模拟，并通过抽芯铆接试验验证了有限元模型的准确性，分析探讨了抽芯铆钉和连接板的变形情况、残余应力和残余应变。结果表明：在抽芯铆接过程中，钉杆断颈槽部位、锁紧环、镦头部位和铆钉孔附近产生了明显的应力集中；越靠近镦头部位，金属材料流动越剧烈。抽芯铆接完成后，残余应力主要分布在钉杆断颈槽部位、锁紧环、镦头部位、铆钉孔附近，其中，钉杆断裂位置的残余应力最大，约为1015 MPa;残余应变主要分布在镦头部位、锁紧环、铆钉孔附近，其中，镦头部位残余应变最大，约为0.49。     

基于自冲铆接的高强度钢-铝合金板多铆点连接变形分析

铆接后汽车车身薄板的翘曲变形严重影响装配精度。为了提高装配尺寸质量,本文试验板材选用AA6111铝合金板和DP780钢板,针对不同厚度的铝板和钢板,分析了多个铆点的不同铆接路径对铝钢薄板连接变形的影响。结果表明,多个铆点作用下的变形量大于单铆点的,但是通过优化铆接路径可以降低平板的翘曲变形。     

基于ABAQUS的气动锤铆研究北大核心CSCD

为了减少气动锤铆仿真所需的试验参数,并降低气动锤铆仿真的计算难度,基于冲量定理提出一种对气动锤铆进行仿真分析的方法。首先,介绍了气动锤铆原理,并以铆克为对象,对气动铆枪的动力学过程进行了分析,得到单次冲击周期、冲击力峰值和能量转移率的关系式。以此为理论基础,同时基于ABAQUS软件建立了气动锤铆的动力学有限元模型。然后,进行了气动锤铆试验,将试验所对应的铆克质量、冲击力峰值及冲击频率输入了有限元模型。最后,将得到的模型结果和试验结果,从镦头直径、镦头高度以及铆钉直径3个方面进行了对比,模型结果和试验结果的相对误差均在2%以内。结果表明提出的仿真分析方法是正确、有效的。     

钉脚张开度对自冲铆构件机械内锁刚度的影响

利用数字图像分析技术研究了铆钉张开度对自冲铆接头机械内锁结构刚度的影响.借助材料性能试验机对具有不同铆钉张开度的5052铝合金板自冲铆接头进行单向静拉伸试验,加载过程中利用CCD获取自冲铆机械内锁结构形变的图像序列,利用图像相关分析计算不同载荷水平下铆钉脚与底板的滑移错动量,建立滑移-载荷曲线,并据此评估结构件刚度大小;建立自冲铆接头有限元模型,对比分析不同钉脚张开度的自冲铆机械内锁的失效过程.结果表明,在受载状态下,自冲铆接头存在一个临界滑移启动载荷值,当外载荷小于此临界值时,机械内锁结构保持相对完整,处于弹性变形阶段;大于此临界值时,滑移错动量明显增大,结构发生塑性大变形,并最终呈现脱离失效模式.其次,钉脚张开度对自冲铆构件的强度和刚度影响较大,提高钉脚张开度有助于增大构件整体刚度.     

基于ABAQUS的斜面铆接变形的模拟分析

铆接技术被广泛应用于飞机生产制造过程,而在铆接过程中铆钉和铆接件的变形会严重影响铆接质量,从而影响产品的安全性能和疲劳寿命。针对楔形钛合金结构的铆接,用有限元软件ABAQUS模拟斜面压铆的动态过程,将斜面压铆变形过程分为4个阶段,分析了铆钉和铆接件在压铆过程中的受力和变形情况。该模拟分析为实际的斜面铆接工艺和后续研究过程提供了有效的指导。     

铝锂合金压铆壁板残余应力与疲劳性能分析

自动压铆是航空制造工业中的重要装配技术,压铆过程结束后铆孔周围产生的残余应力的分布形式与压铆结构的疲劳性能息息相关。本文使用ABAQUS软件建立了2060-T8铝锂合金壁板压铆过程的有限元模型,通过有限元分析发现了压铆后铆孔壁面上的残余应力由靠近镦头处到靠近钉头处逐渐降低的分布规律。随着压铆力由28.5kN增大至46kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板孔壁平均残余应力提高33%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升180%;铆钉材料为7050-T73的压铆壁板孔壁平均残余应力提高58%,残余应力沿壁板厚度上分布的均匀度提升184%。疲劳裂纹萌生于铆接下板孔壁附近,随着压铆力由32.5kN增大至42kN,铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升了31%~80%,铆钉材料为7050-T73的压铆壁板疲劳寿命提升6%~161%。相比于铆钉材料为7050-T73的压铆壁板,相同工艺条件下铆钉材料为2117-T4的压铆壁板疲劳寿命提升12%~44%。     

40Cr钢奥氏体动态再结晶过程数值模拟

采用数值模拟研究了40Cr钢奥氏体热变形行为。通过JMatPro软件得到本构关系曲线,建立了动态再结晶模型。在Deform-3D平台上将动态再结晶模型和元胞自动机模型结合起来,对40Cr钢高温压缩过程进行模拟仿真。结果表明,40Cr钢平均晶粒尺寸随着压缩变形量的增加而不断变小。当真应变为1时,在大变形区的晶粒尺寸为10.1μm,和相关试验对比误差在±10%以内。元胞自动机模拟可视化再现了动态再结晶过程。