輕金屬板材旋轉(zhuǎn)摩擦壓鉚接及鉆壓鉚接技術(shù)的數(shù)值模擬.pdf

1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterNumericalSimulationofRotationFrictionPressingRivetingandDrillpressingRivetingofLightMetalSheetsByHongyanDuanSupervisor：ProfMingxingWangMaterialPhysicsandChemistryS

2、choolofPhysicsEngineeringMay2013摘要摘要由于節(jié)能和環(huán)保的要求，輕量化已成為汽車工業(yè)發(fā)展的方向。為了減輕汽車重量，可在汽車生產(chǎn)過程中增加輕質(zhì)合金(如：鎂合金和鋁合金)的用量。連接技術(shù)是擴(kuò)大輕質(zhì)合金使用的關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的連接技術(shù)主要有焊接、機(jī)械連接以及電磁鉚接等多種。但由于輕質(zhì)合金的特點(diǎn)，現(xiàn)有的連接技術(shù)并不完全適用，為此，鄭州大學(xué)材料物理實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了兩種輕質(zhì)合金板材的機(jī)械連接技術(shù)——旋轉(zhuǎn)摩擦壓鉚接和鉆壓鉚接。

3、試驗(yàn)研究表明，使用這兩種連接技術(shù)可以對(duì)多種輕質(zhì)合金進(jìn)行連接，而且連接接頭的性能優(yōu)良。為了對(duì)旋轉(zhuǎn)摩擦壓鉚接和鉆壓鉚接技術(shù)進(jìn)行深入研究，分析試驗(yàn)結(jié)果，本文利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)兩種連接技術(shù)進(jìn)行了數(shù)值分析與研究，研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下：(1)通過對(duì)旋轉(zhuǎn)摩擦壓鉚接和鉆壓鉚接的實(shí)際模擬分析表明，利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)兩種連接技術(shù)進(jìn)行數(shù)值分析研究是可行的。(2)對(duì)AZ31鎂合金板材的旋轉(zhuǎn)摩擦壓鉚接過程進(jìn)行了模擬分析，給出了鉚接成型

4、過程中的網(wǎng)格變化、擠壓過程中位移、應(yīng)力和應(yīng)變矢量分布以及鉚釘周圍的板材材料中應(yīng)力和應(yīng)變分布，分析了沖頭壓力對(duì)鉚接接頭互鎖量的影響，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，模擬的鉚接成型過程及接頭截面形貌與試驗(yàn)結(jié)果基本一致；隨沖頭壓力的增加，模擬接頭的互鎖量增加，但當(dāng)沖頭壓力過大時(shí)，鉚釘將出現(xiàn)明顯的鐓粗，這種現(xiàn)象以及模擬接頭互鎖量的定量分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合；鉚釘周圍的材料中出現(xiàn)的是壓應(yīng)力，并且下板材內(nèi)壓應(yīng)力明顯大于上板材。這種壓應(yīng)力分布可以

5、對(duì)旋轉(zhuǎn)摩擦壓鉚接接頭的疲勞試驗(yàn)結(jié)果給出合理的解釋。模擬分析結(jié)果為旋轉(zhuǎn)摩擦壓鉚接技術(shù)的深入研究提供了理論參考。(3)以6063變形鋁合金板材的鉆壓鉚接過程為對(duì)象，對(duì)鉆壓鉚接技術(shù)的成型過程進(jìn)行了模擬分析，給出了鉆壓鉚接技術(shù)的模擬成型過程和接頭的模擬截面形貌，通過與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者是一致的；模擬結(jié)果還顯示，沖頭壓力對(duì)鉆壓鉚接接頭機(jī)械互鎖的形成有明顯影響，互鎖量隨沖頭壓力的變化趨勢(shì)與試驗(yàn)結(jié)果基本相同，但數(shù)值偏??；模擬接頭的鉚釘周圍材料中也