钢铝自冲铆连接接头失效仿真研究

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1、分类号：U466单位代码：10183研究生学号：2015422095密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）钢铝自冲铆连接接头失效仿真研究SimulationStudyonFailureofSelf-piercingRivetedJointsbetweenSteelandAluminum作者姓名：徐纪栓专业：机械工程（车身工程）研究方向：车身轻量化技术指导教师：庄蔚敏教授培养单位：汽车工程学院2018年6月钢铝自冲铆连接接头失效仿真研宄－ｌｆｉｉＲｉｖｅＳｌａｔｏｎＳｔｕｄｏｎＦａｉｌｕｒｅｏｆＳｅｅｒｃｎｔｅｄｉ

2、ｍｕｉｙｐｇＪｏｉｎｔｓｂｅｔｗｅｅｎＳｔｅｅｌａｎｄＡｌｕｍｉｎｕｍ作者姓名：徐纪栓专业名称：机械工程（车身工程）指导教师：庄蔚敏教授学位类别：工学硕士答辩日期：＞邝年ｔ月弘日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本Ｖ电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，

3、是本人在指导教师的指导下。除文中已经注明引用的内，独立进行研宄工作所取得的成果容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：切／日期：作年月玄日摘要钢铝自冲铆连接接头失效仿真研究车身轻量化是提高整车燃油经济性的有效手段。使用铝、镁等轻质材料替代钢结构将极大地降低车身质量，钢铝混合结构得到了越来越多的应用。点焊是目前车身上应用最广泛的连接方式，但是它只适用于钢钢之

4、间的连接，不适用于钢铝之间的连接。自冲铆接能很好地连接不易焊接的材料，并能够适应流水线和自动化生产，在汽车工业和电子产品等大批量生产的行业中受到越来越多的欢迎和重视。随着高强度材料如高强钢、铝合金应用越来越多，车身结构件本身失效的可能越来越低，结构件之间连接接头的失效问题逐渐成为研究的重点。有限元法是研究连接接头失效问题的有效方法。接头的有限元模型一般可分为两种：一是精细模型（detailedmodels），通过细致的网格来研究接头各个部位的应力状态和变形过程；二是简化模型（coarsemodels），通过很少的网格模拟出接头在整个

5、结构中的传力特性，而不关心接头内部的应力状态。本文利用精细模型研究了自冲铆接头的失效机理，提出了基于精细模型的简化模型失效参数标定方法，并将简化模型应用到了车身结构件的碰撞仿真中。建立了5754铝合金以及Q235低碳钢的材料本构模型，采用Swift拟合公式对两种材料的硬化曲线进行拟合，使用GISSMO准则模拟材料在颈缩阶段的软化现象，使用单拉试件、剪切试件以及两种尺寸的缺口试件对MMC准则的失效参数进行标定，确定材料在各应力三轴度及Lode角参数下的失效应变。设计了自冲铆接头小试件拉伸试验夹具，对自冲铆接头小试件进行拉拔、剪切、剥离

6、以及45°角准静态拉伸试验，得到了接头在不同角度拉伸情况下的常见失效形式。建立自冲铆接头小试件精细模型，使用第二章标定的材料本构模型对接头的失效行为进行仿真分析，通过仿真分析了接头在各种拉伸工况下的失效机理。使用所建立的接头精细模型对不同板件叠置顺序、不同铆钉长度的自冲铆接头进行仿真分析，确定了5754铝合金板和Q235钢板的最佳叠置顺序为铝在上钢在下，最佳铆钉长度为6mm。提出通过接头失效精细模型标定简化模型参数的方法。建立了模拟接头失效的实体焊点单元模型以及SPR2约束单元模型，并进行参数标定，比较了两种简I化模型对自冲铆接头失

7、效的模拟效果。研究表明，SPR2约束单元模型能够较为准确的模拟自冲铆接头在拉拔工况、45°拉伸工况、剪切工况以及剥离工况的失效情况；实体焊点单元模型在拉拔、45°拉伸及剪切工况下失效位移较小，剥离工况下的峰值载荷及失效位移偏大。SPR2约束单元模型是模拟自冲铆接头失效的理想的简化模型。使用SPR2约束单元模型对帽形梁在碰撞工况下的压溃行为进行仿真，研究了铆钉间距对帽形梁吸能特性的影响。关键词：自冲铆接，接头失效仿真，精细有限元模型，简化有限元模型IIAbstractSimulationStudyonFailureofSelf-pie

8、rcingRivetedJointsbetweenSteelandAluminumLightweightbodyisaneffectivemeanstoimprovethefueleconomyofthevehicle.Therepl