基于有限元分析的自沖鉚接殘余應(yīng)力分布確定

實(shí)現(xiàn)汽車輕量化能夠改善汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，使整車質(zhì)量減輕10%，燃油經(jīng)濟(jì)性提高約3.8%。實(shí)現(xiàn)汽車輕量化最有效的方法是在汽車制造過程中大量使用輕質(zhì)材料。常見的輕質(zhì)材料包括鋁合金材料、鎂合金材料等，而實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)材料的連接是應(yīng)用輕質(zhì)材料必須解決的難題。由于采用自沖鉚接技術(shù)不會(huì)在連接處產(chǎn)生熱影響區(qū)，因而不需要考慮所連接材料發(fā)生熱變形帶來的影響。盡管如此，進(jìn)行自沖鉚接時(shí)仍然會(huì)在連接處產(chǎn)生殘余應(yīng)力，尤其是通過自沖鉚接進(jìn)行異種金屬連接時(shí)，其產(chǎn)生的殘余應(yīng)力將影響連接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。對(duì)此，需要對(duì)自沖鉚接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行分析。

通過仿真方法對(duì)自沖鉚接的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行分析。仿真6111-T4鋁合金板件與HSLA340鋼制板件連接。對(duì)兩種板件的有限元建模采用三維殼單元結(jié)構(gòu)模型，對(duì)自沖鉚接處鉚釘?shù)姆抡娌捎枚S軸對(duì)稱單元結(jié)構(gòu)模型，且二維軸對(duì)稱單元結(jié)構(gòu)類型包含具有狀態(tài)變量的塑性材料模型。利用具有狀態(tài)變量的塑性材料模型模擬兩種板件的應(yīng)變率和變形。破壞準(zhǔn)則選用最大剪切應(yīng)變破壞準(zhǔn)則。為了避免過大的單元畸變影響精度，在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，采用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)。利用LSDYNA仿真軟件包對(duì)建立的有限元模型進(jìn)行顯式求解分析，確定自沖鉚接處的殘余應(yīng)力分布。結(jié)果顯示，在自沖鉚接附近會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，且殘余應(yīng)力沿厚度方向分布。

刊名：Journal of Manufacturing Science and Engineering（英）

刊期：2017年第139期

作者：J.F.C.Moraes

編譯：王淼