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实心铆钉摆碾铆接技术研究

作　者: 刘晓坤
导　师: 黄志超
学　校: 华东交通大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 摆碾铆接直压铆接预留高度有限元模拟铆钉高度试验研究
分类号: U466
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

碾压铆接技术起源于20世纪60年代，具有铆接质量高、能耗低（铆接力小、效率高）和无噪音等优点。本文对Al5052铝合金板料实心铝铆钉摆碾铆接成形技术展开研究，运用DEFORM-3D有限元分析软件建立了摆碾铆接有限元模型和传统直压铆接有限元模型，对摆碾铆接以及传统直压铆接进行有限元分析，并验证了摆碾铆接技术的性能优势以及数值模拟的可行性。采用数值仿真技术和试验分析相结合的方法，研究了摆碾铆接接头的成形规律、接头质量和强度。通过数值仿真和试验，得到了不同的铆接方式、铆钉高度、预留高度、铆头下降速度和铆头转速等工艺参数下接头的成形规律和接头的静态力学性能；基于金属塑性成形技术的相关理论，并结合数值仿真结果，分析了摆碾铆接铆接件接头在铆接过程中铆钉和板料的变形特点以及应力应变规律和行程-载荷曲线变化趋势；探讨了不同工艺参数对摆碾接头剖面质量的影响，并研究了铆接接头强度及其影响因素。针对搭接、T形连接和十字接头的摆碾铆接试件进行了拉伸试验，探讨了不同铆接方式、铆钉高度、预留高度、铆头下降速度等因素对铆接接头静力学性能的影响。数值模拟结果表明：摆碾铆接整个过程主要分为三个阶段：铆钉开始屈服阶段、铆钉材料流动阶段、成形阶段。应力主要集中在铆钉尾部墩头部分的边缘区域和铆钉头部帽状部分与柱状部分连接区域，在铆钉尾部中心区域等效应变较大；铆接过程中所需的铆接力很小，能耗很低。试验结果表明：整体上摆碾铆接接头效果好于传统直压铆接，其次，影响摆碾铆接接头性能的主要因素为铆钉高度，其次为预留高度、铆头下降速度，对于不同的连接形式，铆钉高度、预留高度等参数变化对摆碾铆接接头性能有明显的影响。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
主要符号说明  9-10
第一章绪论  10-15
  1.1 引言  10
  1.2 摆碾铆接技术概述  10-11
  1.3 摆碾铆接技术的研究现状  11-12
    1.3.1 国外摆碾铆接技术的研究现状  11
    1.3.2 国内摆碾铆接技术的研究现状  11-12
  1.4 本课题研究的主要组成部分  12-14
    1.4.1 摆碾铆接数值模拟分析  12
    1.4.2 摆碾铆接试验和接头拉伸试验  12-13
    1.4.3 本课题研究的主要内容和选题意义  13-14
  1.5 本章小结  14-15
第二章有限元数值模拟相关理论  15-22
  2.1 有限元相关理论  15-17
    2.1.1 有限元主要计算步骤  15-17
    2.1.2 金属塑性加工问题的方法  17
  2.2 刚塑性有限元法的相关基本理论  17-19
    2.2.1 刚塑性材料的基本假设  17
    2.2.2 刚塑性力学的基本方程  17-18
    2.2.3 刚塑性有限元的变分原理  18-19
  2.3 有限元变形的应力张量  19-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章摆碾铆接过程有限元数值模拟及分析  22-37
  3.1 仿真系统组织结构介绍  22-24
    3.1.1 DEFORM 软件简介  23-24
  3.2 摆碾铆接成形有限元模型  24-30
    3.2.1 几何模型  24
    3.2.2 网格划分与重划分  24-26
    3.2.3 材料模型  26-28
    3.2.4 接触条件  28-29
    3.2.5 摩擦条件  29
    3.2.6 其他参数的设置  29-30
  3.3 摆碾铆接铆成形过程及分析  30-32
    3.3.1 摆碾铆接成形过程  30-31
    3.3.2 载荷行程曲线分析  31
    3.3.3 应力应变分析  31-32
  3.4 模拟结果及分析  32-36
    3.4.1 摆碾和直压对比分析  32-34
    3.4.2 下降速度研究分析  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章摆碾铆接试验  37-46
  4.1 试验准备  37-38
    4.1.1 摆碾铆接试验铆钉和板料  37-38
    4.1.2 摆碾铆接试验设备  38
  4.2 总体试验方案制定  38-40
  4.3 铆接板料的选择及其性能测试  40-41
  4.4 摆碾铆接过程  41
  4.5 接头剖面分析  41-44
    4.5.1 预留高度对接头效果的影响  42-43
    4.5.2 铆钉高度对接头效果的影响  43-44
    4.5.3 下降速度对接头效果的影响  44
  4.6 摆碾铆接过程数值模拟与试验比较分析  44-45
  4.7 本章小结  45-46
第五章摆碾铆接铆接件拉伸试验  46-64
  5.1 摆碾铆接件拉伸试验设备  46
  5.2 摆碾铆接件拉伸试验过程  46-47
  5.3 搭接接头的拉伸结果分析  47-52
    5.3.1 摆碾搭接接头与直压搭接接头拉伸结果对比分析  48-49
    5.3.2 不同预留高度搭接接头拉伸结果分析  49-50
    5.3.3 不同铆钉高度搭接接头拉伸结果分析  50-51
    5.3.4 不同铆头下降速度搭接接头拉伸结果分析  51-52
  5.4 对接接头的拉伸结果分析  52-56
    5.4.1 摆碾对接接头与直压对接接头拉伸结果对比分析  53-54
    5.4.2 不同预留高度对接接头拉伸结果分析  54-55
    5.4.3 不同铆钉高度对接接头拉伸结果分析  55-56
    5.4.4 不同铆头下降速度对接接头拉伸结果分析  56
  5.5 十字接头的拉伸结果分析  56-61
    5.5.1 摆碾十字接头与直压铆接十字接头拉伸结果对比分析  57-58
    5.5.2 不同预留高度十字接头拉伸结果分析  58-59
    5.5.3 不同铆钉高度十字接头拉伸结果分析  59-60
    5.5.4 不同铆头下降速度十字接头拉伸结果分析  60-61
  5.6 摆碾铆接件接头拉伸失效形式的研究  61-63
    5.6.1 搭接接头的失效形式  61-62
    5.6.2 对接接头的失效形式  62
    5.6.3 十字搭接接头的失效形式  62-63
  5.7 本章小结  63-64
第六章总结与展望  64-66
  6.1 总结  64
  6.2 展望  64-66
参考文献  66-69
个人简历在读期间发表的学术论文  69-70
致谢  70

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