自沖鉚接頭成型仿真、疲勞失效與壽命預測方法研究.pdf

1、自沖鉚接是汽車輕量化過程中出現的一種高效、經濟的材料連接方法。作為電阻點焊的優(yōu)良替代工藝之一，自沖鉚接可用于同種或異種材料的連接，已成為白車身制造的關鍵技術。在對異種材料自沖鉚接頭進行耐久性評定時，由于缺乏系統(tǒng)、有針對性的理論及試驗研究工作，業(yè)界只能沿用以往在電阻點焊接頭耐久性研究方面累積的方法。為滿足現代白車身虛擬設計和抗疲勞安全性設計的需求，對其中有代表性的鋼鋁自沖鉚接頭進行系統(tǒng)的耐久性研究勢在必行。
　　本文以AA6111T

2、4鋁合金和HSLA340高強度鋼組成的鋼鋁自沖鉚接頭為研究對象，對其成型仿真技術、疲勞失效機制及疲勞壽命預估方法開展系統(tǒng)的研究，主要研究內容如下：
　　針對鋼鋁自沖鉚接工藝過程開展數值模擬仿真研究，建立了綜合考慮鉚釘穿刺、機械回彈和冷卻回彈的鉚接仿真模型；在仿真中，采用了最大剪切應變準則來模擬鉚釘穿刺板材的過程，考慮了材料在成型中的溫度變化和應變率的影響；論文還首次采用中子衍射分析技術對自沖鉚接頭近鉚孔區(qū)域的殘余應力分布進行了測量

3、。
　　論文通過對鋼鋁自沖鉚接頭進行準靜態(tài)拉伸試驗，研究了不同厚度鋼/鋁異材組合的TS/CP試件的靜載失效模式，分析了自鎖量、鋼/鋁板材厚度對自沖鉚接頭靜強度的影響。
　　論文通過對鋼鋁自沖鉚接頭進行疲勞試驗，系統(tǒng)地研究了試件類型、鋼/鋁板材厚度和循環(huán)載荷比等對接頭壽命的影響。試驗研究表明，鋼/鋁板自沖鉚CP接頭的疲勞壽命遠低于TS接頭，同類接頭的疲勞壽命主要由薄板決定，增加鋁材和鋼材的厚度可提高接頭的疲勞壽命，而高循環(huán)載荷

4、比（R=0.5）將對接頭的疲勞壽命產生不利影響。
　　論文通過對鋼鋁自沖鉚接頭進行疲勞的中止檢查試驗和斷口分析，對接頭疲勞模式進行了研究，對接頭裂紋萌生及擴展在接頭全壽命中的比例進行了研究。研究表明，TS接頭的主要疲勞破壞模式為鋁材眉狀裂紋破壞；CP接頭的主要疲勞破壞模式為鋁板鉚釘孔邊的穿孔開裂破壞。通過對兩類自沖鉚接頭疲勞失效三階段，即：裂紋萌生，裂紋擴展和失穩(wěn)破壞進行了深入細致分析，發(fā)現兩類接頭裂紋擴展壽命占總壽命的比例均超過

5、了75％，而微動磨損是加速疲勞裂紋萌生的重要原因之一；本文還采用三維彈塑性有限元計算結合局部應力應變法，對接頭疲勞裂紋危險區(qū)進行了預測。
　　為研究TS、CP兩類接頭疲勞裂紋的擴展壽命，本文針對兩類接頭的疲勞裂紋，構造了基于結構載荷的裂尖應力強度因子列式和邊界修正函數式；通過有限元對多個組合模型的計算，獲得了各邊界修正函數式中的待定參數；本文還采用傳遞矩陣法推導得出了異材連接的TS和CP試件在局部結構載荷的解析解。在上述工作基礎上