碳纤维增强复合材料双面埋头压铆模拟分析

铆接技术作为一种不可拆卸的连接方式,在飞机装配过程中被广泛使用，同时碳纤维增强复合材料由于自身优异的力学性能也成为了航空工业中热门。在碳纤维增强复合材料铆接的过程中,铆钉的变形会对铆接的碳纤维增强复合材料造成损伤,从而影响铆接的质量以及其使用寿命。针对这一问题，使用有限元仿真软件ABAQUS创建复合材料双面埋头压铆三维模型，通过ABAQUS子程序接口编写VUMAT用户材料自定义程序，分别取Hashin准则和Puck准则的优势作为三维失效准则，选用合理的刚度退化方式对压铆后的复合材料的渐进损伤进行分析。通过ABAQUS对复合材料压铆过程模拟，得到铆钉在压铆过程中的成形规律和复合材料层合板的主要损伤失效形式为基体的压缩和拉伸、纤维压缩以及其损伤失效的扩展方向。     

自冲铆接凹模损伤对铆接质量的影响

采用了试验结合有限元仿真的方法,对自冲铆接(Self-Piercing Riveting,SPR)设备中的重要部件凹模出现的不同程度的损伤情况可能对SPR接头质量产生的影响进行了试验研究。对凹模的受损情况进行统计分类,根据凹模的受损程度将凹模分为早期受损、中前期受损等5个级别。使用不同受损程度的凹模对厚度为1. 5 mm的A6111铝板进行自冲铆接,测量铆接接头的外观质量与接头剖面几何参数。通过拉伸-剥离仿真试验,探究凹模断裂损伤对SPR铆接接头的连接质量的影响。试验结果表明:凹模损伤会对接头表面外观质量造成损伤,并且会随着凹模损伤程度的增加而增大;凹模没有发生断裂时,凹模损伤对接头剖面的几何参数不会产生太大影响;凹模发生断裂,会降低接头的连接质量。     

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。     

铝钢点焊铆接复合连接技术

提出了一种点焊与铆接复合进行铝钢连接的技术,即在待焊试样区域预制工艺孔,将铆钉铆入孔中,利用铆接力实现试样的预连接.然后使用点焊机在铆接位置进行点焊,实现铆接与点焊的复合连接,称为"点铆焊".文中分析了该方法的力学性能、微观组织、断裂模式,并同纯点焊与纯铆接进行了比较.结果表明,点铆焊的抗拉强度比纯点焊提高了23.8%,比纯铆接提高了28.7%,失效前吸收功比纯点焊提高211%,比纯铆接提高67%.虽然在点铆焊过程中也会产生脆性金属间化合物,但这些区域并不是主要的承载部位,点铆焊为塑性断裂模式.     

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。     

冲击式自穿孔铆接方法及其接头性能

采用一种新型的应用火药作为驱动力的铆接方法和试验设备.对影响该方法的主要因素如模具尺寸、铆钉硬度进行分析.用该设备铆接铝合金板形成的接头的拉剪强度、十字抗拉强度以及疲劳强度与点焊形成的接头进行比较.试验证明这种新型的自穿孔铆接接头比点焊接头有更好的力学性能.     

半空心铆钉自冲铆接工艺过程的数值模拟

采用DEFORM-2D软件对半空心铆钉自冲铆接工艺过程进行数值模拟,分析了铆接成形过程、应力应变和行程载荷变化趋势.采用观察铆接截面形状和行程-载荷曲线的方法,分析了凹模凸台高度和铆钉材料对铆接接头质量的影响.结果表明,在一定范围内增加凹模凸台高度,能提高铆接接头的自锁性能;适当硬度的铆钉有利于形成具有良好的力学性能的铆接接头.     

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...     

Assembly dimensional prediction for self-piercing riveted aluminum panels

Self-piercing riveting (SPR) is a high-speed mechanical fastening technique for joining sheet components. It has drawn more attention in recent years because it can join some advanced materials that are dissimilar, coated and hard to weld, such as aluminum sheets. Research results have shown that SPR improves joint properties in aluminum and steels. However, there has been concern that there might be dimensional issues due to relatively large material flows at SPR joint configurations. This paper presents the latest research progress in the assembly dimensional prediction area, using experimental data and finite element analysis results. It is found that the joint distortion of SPR as tested is much larger than that from resistance spot welding (RSW), and the inclusion of SPR joint distortion is generally needed for accurate global assembly predictions. To include the local SPR effect, a new algorithm to represent the SPR distortion has been developed. The new algorithm can be incorporated into special finite element analysis codes such as EAVS (elastic assembly variation simulation) to efficiently predict body assembly dimensions where spot joining processes are involved.     

Analysis of loads on the shearing edge during electrohydraulic trimming of AHSS steel in comparison with conventional trimming

In order to achieve further weight reduction in automotive components, the technology of manufacturing of automotive panels from advanced high strength steels is being developed. Electrohydraulic trimming technology eliminates the necessity of accurate alignment of the shearing edges in trimming operation. Analysis of loads on the tool during high-rate EH trimming process has been performed. In order to investigate the effect of the process on the shearing edge performance, a dedicated finite element analysis procedure combining 3D shell and 2D solid models was developed. EH trimming experiments were carried out to validate the simulation model where elastic plastic deformation of the shearing edge was taken into account. The effects of the die geometry and number of trimming cycles on the tool contact loads and tool's plastic deformation were analyzed. This analysis was based on numerical simulation of deformation and fracture of the blank being trimmed in contact with the deformable shearing edge. Numerical analysis of the shearing edge deformation was performed in elasto-plastic formulation for the D2 tool steel inserts used in the experimental study and also in elastic formulation to define the maximum stresses which tool material needs to withstand to avoid its plastic deformation.     

自冲铆接头组织及性能分析

分析了有铆自冲铆接和压印连接的工艺特点,对比了两种不同连接方式的接头抗拉伸-抗剪强度;利用阳极化覆膜的方法制备接头金相试样,对接头机械自锁区材料的组织及流向进行观测.结果表明,有铆自冲铆接的抗拉伸-抗剪强度高于压印连接.机械连接导致的材料塑性变形,使晶粒由母材区的等轴状逐渐向纤维状过渡,依据晶粒分布特性,将有铆自冲铆接头截面划分为:母材未变形区、上板内锁区、下板内锁区、上板过渡区、下板过渡区、塑性影响区.在接头自锁区附近由于纤维组织的形成,使金属的性能产生各向异性,沿纤维方向的强度和塑性将高于垂直方向.     

Mechanism of superiority of fatigue strength for aluminium alloy sheets joined by mechanical clinching and self-pierce riveting

The static and fatigue strengths of mechanically clinched and self-pierce riveted joints in aluminium alloy sheets were compared with those of a resistance spot welded joint. Both static and fatigue strengths of the joint for the self-pierce riveting were the highest. Although the static strength for the mechanical clinching was about half for the resistance spot welding, the fatigue strength was almost similar. The mechanism of superiority of fatigue strength for the mechanical clinching and self-pierce riveting and was examined from finite element simulation of elastic loading of the joints. In the resistance spot welding, the stress concentrates at the edge of the weld nugget due to the complete bonding, whereas the concentration of stress is relaxed by the slight slip at the interface between the sheets for the mechanical clinching and self-pierce riveting. In addition, the yield stresses for the mechanical clinching and self-pierce riveting are increased by the work-hardening undergone during the joining processes, whereas the yield stress for the resistance spot welding is reversely decreased by the annealing in the welding. It was found that the mechanical clinching and self-pierce riveting have superior fatigue strength.     

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%。     

环形件摆动辗压变形机理三维刚塑性有限元分析

本文从摆动辗压过程中坯料螺旋式送进的事实出发, 建立了符合摆动辗压实际变形条件的力学模型, 利用自行开发的刚塑性有限元软件对环形件摆动辗压变形进行了分析, 得出了环形件摆辗变形时接触区域的速度场和应力应变场, 给出了接触区域金属的流动规律, 揭示了环形件摆动辗压的变形机理。光塑性实验与模拟结果吻合较好。     

铝合金旋铆连接过程数值模拟分析

以铝合金基体件与钢板的旋铆连接工艺为对象,采用数值模拟手段和点追踪方法对铆钉成形过程进行了研究。主要分析了变形区的各个质点应力应变动态变化规律以及整个成形区的损伤分布情况,为有效地进行工艺研究、工艺设计提供了理论依据。     

精密冲裁成形仿真技术研究进展

精密冲裁是在普通冲裁基础上发展起来的一种先进的金属精密塑性成形工艺,是一个局部剧烈塑性大变形的过程.材料在狭小的凸凹模间隙附近形成塑性剪切带,发生剧烈的剪切流动,使成形过程的数值模拟存在许多难点.本文从延性损伤、韧性断裂准则及裂纹萌生与扩展仿真3个方面回顾了相关技术在精密冲裁成形过程数值模拟中的研究进展.     

机器人自动压铆控制系统设计

为解决传统人工铆接效率低、一致性差等问题,开发一套机器人自动压铆集成控制系统。通过PLC控制机器人和压铆机,实现复杂工件的自动分区域压铆过程,并可以实时监控设备的参数和状态。压铆试验结果表明:工件的自动压铆时间约为170 min,效率提升60%,铆接产品一致性良好。设计方式可移植到工业机器人其他应用领域,具有较强的借鉴意义。     

喷丸直径对GH4169合金性能和损伤演化的影响

采用半自动光学显微镜、激光共焦显微镜、MTS-Landmark电液伺服力学性能试验机等设备,研究了GH4169合金经不同直径弹丸喷丸处理后的微观组织和力学性能。利用数字图像相关方法(DIC),对材料单轴拉伸过程的表观损伤演化行为进行分析。结果表明,随着弹丸直径由ϕ0.6 mm增大到ϕ4.3 mm,GH4169合金的表面细晶层厚度由420 μm 增大到530 μm,其表面粗糙度最大较原始试样增大了80.8%。喷丸处理后,材料的屈服强度和抗拉强度均有所提高,其伸长率下降。随着塑性变形增加,喷丸前后GH4169合金的损伤演化规律相似,变形初期材料发生均匀变形且变形缓慢,损伤因子达到临界值后材料开始快速损伤。喷丸直径越大,临界塑性应变越小,材料越早发生快速损伤。建立了不同喷丸直径GH4169合金的损伤演化方程,对喷丸强化材料的寿命评估具有重要意义。     

铝合金板在循环塑性变形下的韧性断裂行为模拟(英文)

基于数值模拟的方法研究在循环塑性变形下铝合金板的力学行为。首先,通过Cockcroft-Latham韧性断裂准则得到材料的断裂极限应力图,并通过实验对成形极限应力图进行验证。数值模拟结果表明:滚边时弯曲中心的应变路径可以认为是平面应变状态;采用绳式滚边方法可以改善在弯曲中心线上的应力集中现象。从滚边断口的扫描电镜照片可以发现,循环塑性变形对铝合金板的韧性断裂行为有影响。     

汽车用钢铝异种材料的自冲铆接工艺智能优化

为了提高钢铝异种材料的铆接强度和平整度,提出了神经网络与启发式算法相结合的工艺优化方法.分析了自冲铆接工艺流程,确定了铆接接头质量参数和影响接头质量的工艺参数.设计了铆接实验,采用单隐藏层神经网络对质量参数与工艺参数间的非线性关系进行拟合.经过分析,拟合误差符合正态曲线分布,且误差均值接近于0,误差标准差极小,说明单隐...