基于3层板材搭接的自冲铆连接性能研究

自冲铆连接是汽车工业中铝合金车身结构连接的关键技术之一。采用单向拉伸试验测试了材料的工程应力-应变特性,并将拉伸曲线简化为双线性力学模型,进而获得了材料的力学性能参数。通过铆接试验获得3层板材搭接自冲铆接头的截面模型并评价了接头质量。采用试验方法分析了5052-H32铝合金3层板复合搭接自冲铆连接性能,研究了不同接头的强度、失效形式和能量吸收特性。试验结果及分析表明,自冲铆连接3层异质板材料组合是有效可行的。     

3层金属板压印接头静力性能研究

采用压印连接方法实现3层异种金属板料的连接,并通过试验研究板材配置形式对3层板压印接头机械性能的影响。分别对3种配置形式的拉伸-剪切试件和剥离试件进行强度测试。试验结果表明,不同的板料配置形式对接头强度和失效模式有很大影响。在拉伸-剪切试验中,T111试件的接头强度和能量吸收值最大,T12最小。3种配置形式的拉伸-剪切试件分别有上板颈部断裂失效、内锁拉脱失效和混合失效3种失效模式。3种剥离试件的接头强度相差不大,P111的拉伸位移和能量吸收值最大,P12最小,剥离试件的失效形式有上板颈部断裂失效和内锁拉脱失效两种。     

不同强度钢铝板材压力连接匹配规律与优化

为解决钢铝混合车身结构中钢和铝异种材料间的连接问题,以厚度均为1.5mm的铝合金和高强度钢板为研究对象,对其压力连接的可行性进行了数值模拟与实验研究。在实验验证仿真模型正确的基础上,对不同强度等级钢铝板材压力连接的特点进行了仿真分析,结果表明,板料放置顺序对连接点的形成有重要影响,应以屈服强度较低的板料为上板料,且钢铝板材的屈服强度应尽量接近,以保证得到高质量的连接点。通过对连接点颈厚值和自锁值近似模型的多目标优化,得到了材料类型及厚度组合匹配的优化解集。     

板材压力连接的强度数值模拟与实验研究

车身轻量化的趋势使大量轻型材料被采用,传统的连接工艺不能满足异种材料连接的需要,近期发展起来的压力连接是用于连接薄壁板材的新型连接技术,成为解决方案之一。为解决板材压力连接点抗剪强度与抗拉强度的预测问题,建立板材及压力连接模具的三维有限元模型,对板材压力连接及卸载过程、剪切及剥离试验进行了仿真及实验研究,通过仿真结果与试验结果的对比,结果表明:仿真模拟可以较好地预测压力连接点抗剪强度与抗拉强度,有利于提高压力连接模具的开发效率,减少试验成本。     

冷轧钢压印接头拉伸-剪切和疲劳性能研究

对冷轧钢圆形连接点和矩形连接点的压印接头进行拉伸-剪切试验,研究连接点形状对接头拉伸-剪切性能的影响.并对圆形连接点压印接头进行疲劳试验.试验结果表明,两种接头拉伸-剪切强度和刚度相当.圆形连接点拉伸-剪切过程中的能量吸收值大于矩形连接点,矩形连接点的失效形式为上板拉脱失效.应力比R=0.5,当最大疲劳载荷为接头强度的95％时,接头循环寿命可以达到137万次,为80％时,可以达到疲劳极限500万次.疲劳失效形式为上板接头处产生裂纹,裂纹方向与加载方向大致呈90°.提出了圆形点压印接头的拉伸-剪切强度预测公式和疲劳寿命计算公式,拉伸-剪切强度公式的误差为6.9％.     

铝合金板材自冲铆接头的疲劳性能分析

介绍了自冲铆是一种无需预钻孔的薄板新型连接技术及自冲铆的工艺特点。参照国家标准疲劳试验方法,针对5052H32铝合金板材单搭自冲铆接头进行了疲劳试验,测得其疲劳强度为45．9MPa。分析了自冲铆接头的疲劳失效机理,发现微动磨损是导致其失效的主要原因。     

高强钢-铝合金异质薄板无铆成形连接试验

针对性能差异较大的异质材料6061-T6铝合金和HC340/590DP双相钢的无损伤连接问题,对基于无铆成形连接的钢铝混合车身连接技术进行研究,通过试验研究了钢-铝无铆连接的成形规律以及不同搭接形式下的连接质量。分别对上钢下铝和上铝下钢两种无铆连接接头形式的连接质量进行研究,利用成形截面颈部厚度、自锁值、底部厚度等重要工艺参数,分析了成形力对接头质量的影响规律。通过拉剪试验研究了无铆接头的强度和能量吸收值。分析和试验结果表明,采用上钢下铝的连接方式,成形力为40 kN时无铆接头质量较好,其强度与安全性均符合设计指标的要求。     

双层板材平底无铆塑性连接的抗拉强度预测模型

平底无铆塑性连接铆接头的抗拉强度只能通过大量破坏性试验获得,且强度检测成本高、周期较长。重点分析铆接头在拉伸过程中的颈部断裂失效、拉脱失效及混合失效三种失效形式及成因;建立平底无铆塑性连接过程的数值模型,获得铆接头的剖面几何参数,通过铆接头的剖面观测试验验证数值模拟的精确性;借鉴管材拉拔过程中的主应力法,基于铆接头的剖面几何参数建立平底无铆塑性连接抗拉强度预测模型;进一步通过铆接头强度检测试验验证了抗拉强度预测模型的正确性,深入分析底厚值对抗拉强度的影响规律。结果表明,铆接头抗拉强度预测值与试验值最大误差为14.8%,其主要误差来源于铆接头加工硬化系数、摩擦因数、底厚值等参数;铆接头抗拉强度随着底厚值的减小呈递增趋势,当底厚值为0.50 mm时,Al5052-Al5052的抗拉强度最大,铆接头发生混合失效。建立一种高效、低成本的铆接头成形质量评价方式,对平底无铆塑性连接铆接头的几何参数优化具有指导意义。     

铝合金自冲铆工艺参数的多元非线性回归模型

建立有效、可靠的自冲铆工艺及力学性能预测模型是其工业应用推广过程中亟待解决的一个重要问题。选取AA5182、AA5052和AL1420三种铝合金薄板材料,基于Box-Behnken Design(BBD)响应面法开展了铝合金自冲铆连接试验研究。以板厚、板材硬度和铆钉硬度为三参数输入条件,以冲头行程、最大冲压力和失效载荷为输出响应值,建立影响因素与响应值之间的回归模型,探究多种输入参数对响应值的影响规律。试验结果表明:依据回归模型得到的工艺和强度理论预测值与试验值之间的误差在8%以内,建立的回归模型具有较高的工程应用可靠性。通过三维响应面和等高线分析表明,板厚和铆钉硬度的交互作用对最大冲压力和失效载荷的影响最大,冲头行程主要受板材硬度和铆钉硬度的交互影响。     

螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊塑性连接机理及接头力学性能研究

为了获得铝合金板材高性能点连接接头,兼顾机械连接与固相焊接的技术优势,采用不同焊具开展了铝合金板材搅拌摩擦铆焊试验。对比研究铆焊成形力、接头形貌及塑性变形机理和力学性能及失效行为,以期阐明螺纹铆钉式搅拌摩擦铆焊工艺对接头性能的强化机制。结果表明：搅拌摩擦铆焊过程中,随工具头位移变化,铆焊成形力呈先迅速增大、达到峰值后在一定范围内保持最后迅速降低的变化趋势;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头上下板材之间形成了冶金结合,螺纹铆钉与塑化材料之间形成机械连接;轴肩下方上板的有效板厚、搅拌区的有效结合宽度以及铆钉与被焊材料的有效铆合高度是影响螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头力学性能的关键技术参数;螺纹铆钉搅拌摩擦铆焊接头的拉伸剪切峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的1.65倍,十字拉伸峰值载荷达到了传统搅拌摩擦点焊接头的2.7倍。     

基板宽度与铆钉高度对单搭自冲铆接头准静态力学性能的影响

自冲铆(SPR)是一种可以实现汽车车身结构轻量化重要薄板材料连接技术。为研究基板宽度与铆钉高度对自冲铆接头准静态力学性能的影响,测试获得最优铆接参数,制备两组均为单搭搭接长度20 mm基板宽度为20 mm的S(铆钉高度为5 mm)和SFX(铆钉高度为6 mm),一组搭接长度为40 mm基板宽度为40 mm的S-的5052铝合金自冲铆接头。基于准静态力学实验,分析各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。结果表明:S-组失效载荷约为SFX组1.10倍,SFX组失效载荷约为S组1.24倍;S-组刚度大于SFX组,SFX组大于S组。三组自冲铆接头失效模式均为铆钉与上板从下板拉脱,铆钉头出现不同程度下陷;S-组能量吸收值约为SFX组的1.08倍,SFX组约为S组的1.76倍。     

铝-铜合金异质材料复合搭接自冲铆性能研究

通过试验方法研究不同刺穿方向下铝合金和铜合金(简称Al-Cu)组合的自冲铆(SPR)接头的力学性能,并进行材料性能测试。对Cu-Cu的SPR接头进行铆接试验和有限元模拟以分析其可成形性。对不同刺穿方向下Al和Cu组合的SPR接头进行力学性能测试,获得其载荷-位移曲线。结果表明:SPR接头抗拉伸剪切强度高于抗剥离强度;Cu-Cu接头强度最高,Cu-Al次之,Al-Cu最小。拉伸剪切条件下,内锁结构决定接头力学性能,失效模式均为铆钉从下板中被拉出;剥离条件下,内锁结构和板材特性决定接头力学性能,上板强度较小时,铆钉从上板铆孔处脱离;下板强度较小时,铆钉脱离下板;上、下板强度较高且接近时,铆钉脱离下板。     

胶层缺陷对胶接-拉铆搭接剪切接头力学性能影响研究

近年来胶接-拉铆技术在载运工具和航空航天等领域得到了广泛应用,而大型结构连接部件的制备过程会不可避免地在胶层内部产生局部缺陷,进而影响接头服役性能。以胶接-拉铆单/双搭接接头为研究对象,通过在胶层区域设置不同形式的人工缺陷,模拟胶层制备过程中产生的胶层内部缺陷,研究其对胶铆接头搭接剪切力学性能的影响规律。以6061-T6铝合金为基底制备胶接-拉铆接头试件,考虑单、双搭接试件形式,胶层内部预先放置不同厚度、面积、形状、位置的聚四氟乙烯缺陷片,对固化后的接头进行准静态拉伸破坏试验,并采用宏观观测和扫描电镜分析胶层失效表面宏观和微观样貌,从而对胶层内部缺陷对其失效模式影响机理进行评价。试验结果表明,接头主要失效模式为内聚失效,胶层中缺陷的位置、面积、厚度会对接头失效载荷以及失效强度产生不同程度影响,而缺陷的形状对接头力学性能影响不大。无缺陷的双搭接试件胶层失效载荷是单搭接试件1.62倍,单搭接试件胶层失效强度是双搭接试件1.24倍。有圆形缺陷的双搭接试件失效载荷是单搭接试件2倍,而失效强度没有受较大影响。基于现有试验结果,可以为实际结构设计中含胶层缺陷胶铆复合接头失效强度提供有效评估方法。     

铆速对SPR自冲铆接接头成形性能的影响

针对低碳钢340和铝合金6000的异种金属SPR自冲铆接接头,利用板材-铆钉-设备的设计思路,计算并选择合适的铆钉和铆接设备。采用五种不同的铆接速度进行该种接头的自冲铆接试验。观察各铆速下接头的截面成形形貌,并测得铆速增大时,接头底切量增大,底部厚度和剩余厚度均减小。通过测试接头的拉剪强度、脱落强度,发现两者均随铆速的增大而增大,且脱落强度增幅较小。接头失效形式主要为自锁失效和板材失效两种。铆速对接头成形性能的影响机理,主要由冲压载荷峰值变化和应变速率变化两方面组成。载荷峰值越大,接头成形性越好;应变速率越大,板材加工硬化程度越高且断裂应力越大。     

铝板与复合材料板碾铆连接质量的影响因素

通过铝板与复合板料碾铆连接与拉伸试验,分析了有无垫圈、不同预留高度及孔径对铝板与复合板料碾铆连接件连接质量的影响。试验结果表明:垫圈对抗拉伸性能影响最大,加垫圈试件比不加垫圈试件承载能力可提升50%左右;预留高度对连接性能有一定影响,随着预留高度增大,试件抗拉伸性能下降,预留高度为1mm和2mm时承载能力相差不大;孔径对连接强度影响较小,综合对比孔径分别为5.9、6.0、6.1mm试件可知,当孔径取6.0mm时试验结果较优。对钢铆钉进行了金相试验,从微观组织方面阐述了试件连接性能提升的机理。选取铜、铝铆钉进行碾铆及拉伸试验,所得结论相似。不同时间长度的腐蚀试验则表明较短时间内的硫酸溶液腐蚀对铆接件的拉伸性能影响较小。     

碳纤维复合材料铆接接头的失效行为和失效机理

对碳纤维复合材料(CFRP)铆接接头进行了剪切拉伸和正向拉伸实验,分析了CFRP铆接接头的连接强度和失效行为,讨论了铆钉的变形特点,揭示了CFRP铆接接头失效机理,并提出了一种可提高CFRP铆接接头强度的方法。结果表明:CFRP铆接接头剪切拉伸强度大于正向拉伸强度;CFRP铆接接头在两种载荷下的主要失效模式均是拉脱失效,提高CFRP铆钉孔的加工质量可有效提高接头强度。通过在铆出侧增加垫圈可延迟拉脱失效,提高CFRP铆接接头的拉剪强度70%以上。     

基于Gissmo失效模型的6016铝合金板材断裂行为研究及应用

准确预测金属板材在成形过程中的失效行为是当前面临的挑战。许多试验表明,金属材料的断裂失效行为伴随着强烈的应变路径依赖性。Gissmo失效模型采用非线性方式计算损伤积累,考虑材料的应力状态对断裂失效应变临界值的影响,适用于预测金属材料在不同应力状态下的断裂行为。以汽车用6016铝合金板材为研究对象,设计六种反映材料不同应力状态的试样,通过试验结合有限元仿真对标的方法,校准Gissmo失效模型中的参数。将Gissmo失效模型用于预测铝合金板材汽车发动机罩内板在冲压过程的断裂失效问题,并对数值模型计算结果进行试验验证。结果表明,与传统成形极限图相比,Gissmo失效模型的计算结果与试验结果更加吻合,铝合金汽车发动机罩内板样件均未出现裂纹区域,表明Gissmo失效模型适合用于准确预测6016铝合金板材的断裂行为。     

不同成形工艺对7050铝合金壁板试验件拉伸性能的影响研究

为探究采用数控成形、机加+轧压、机加+轧压+去应力退火三种不同成形工艺将7050-T7451铝合金板材呈10°弯曲成形情况下对拉伸性能的影响，通过静力拉伸试验研究了三种情况下7050铝合金板材在沿轧制方向(0°)和垂直于轧制方向(90°)的力学性能差异，并进行了金相观察。试验结果表明，数控成形下得到的型材屈服强度最高，90°方向的流体应力略低于0°方向的流体应力，其最大破坏载荷、抗拉强度和断后伸长率未表现出明显的差异性。三种不同成形工艺下的7050铝合金板材对其晶粒尺寸的影响较小。     

成形速度及温度对无铆冲压连接工艺的影响

为研究成形速度及温度对无铆冲压连接的影响,选用5052铝合金作为研究对象,拟合了5052铝合金的Johnson-Cook本构方程,应用有限元软件Deform进行数值模拟,通过选取不同的冲头移动速度,对比分析了20℃与300℃温度下模具的载荷与接头强度的变化。结果表明:在20℃时,接头的嵌入量随冲头速度的提高而减小,难以在保证连接效率的前提下提高接头的抗剥离强度与模具的寿命;而在300℃时,接头的嵌入量随冲头速度的提高而增大,在提高连接效率的同时,接头强度与模具寿命也显著提高。     

LY12CZ铝合金力学性能测试

对表面带包铝层以及用机械方法将表面包铝层去除两种状态的LY12CZ铝合金板材的拉伸性能进行对比试验.试验结果表明,去除包铝层后材料的拉伸强度σb和屈服强度σ0.2及伸长率δ变大,但断面收缩率ψ变小.并绘制以上两种表面状况LY12CZ铝合金板材的拉伸σ-S曲线.