基于响应面法的铝合金自冲铆接头强度预测模型

发布时间：2022-01-19 09:30

　　采用Box-Behnken Design试验设计方法,针对多种材料开展铝合金自冲铆接头的静力学试验研究。以接头的失效载荷作为目标量,被连接材料硬度、板材厚度、铆钉硬度以及各参数之间的交互作为影响目标量的因素,建立铝合金自冲铆接头强度预测的非线性多元回归模型。试验验证结果表明:建立的非线性多元回归模型具备高的显著性且拟合程度高,可实现对铝合金自冲铆接头强度的有效预测,模型预测结果与实际值的相对误差在7%以内,且方差分析表明,随着材料硬度增加,失效载荷先减小而后增大;板材厚度对接头失效载荷的影响呈正线性相关性;铆钉硬度对接头失效载荷的影响呈负线性相关性。 

【文章来源】：塑性工程学报. 2020,27(08)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

试件的形状及尺寸

图1 试件的形状及尺寸对铆接结束的试件进行拉伸-剪切试验，测试其力学性能，在MTSlandmark100材料试验机上进行拉伸-剪切试验，为防止拉伸-剪切试验过程中产生扭矩，在试件两端夹持部位放置相应等厚的垫片。拉伸速率设置为5 mm·min-1。为保证试验的准确性以及避免人为因素引起的误差，每组制备多个试件并进行拉伸-剪切试验。

将其余两个因素固定在中值，查看单因素对失效载荷的影响，将影响因素的最低水平编码为-1，最高水平编码为1，结果如图3所示。可以看出，根据编码值换算可得，当材料硬度为18.6～37 HRB时，失效载荷随材料硬度的增大而减小，反之，失效载荷随材料硬度的增大而增大，即失效载荷随材料硬度的增大呈先减小后增加的抛物线趋势。失效载荷随板厚的增大而增大，随铆钉硬度的增大而逐渐减小。这是由于板厚的增加有助于促进基板材料在凹模中的流动，并充实填满半空心铆钉内腔，增大接头的内锁量，因此提高了接头的强度。在铆接过程中，铆钉既作为一种冲头工具对上层板材金属进行冲裁，又作为一种塑性变形体在后续阶段进行扩张，铆钉硬度过大，将导致铆钉腿扩张不充分，引起残余底厚过薄甚至刺穿下层板材，因此随着铆钉硬度的增加，铆钉腿内壁的阻力增大，扩张难度增加，导致铆钉腿的扩张程度减弱，接头失效载荷降低。此处把铆钉硬度固定在中值，查看材料硬度及板厚的交互作用对失效载荷的影响，如图4a和图4b所示。等高线的形状可反映交互作用的强弱。可见，选用不同硬度的材料和板厚组合可以得到相同的失效载荷。由图4a所示的响应面三维图可以看出，接头的失效载荷在板厚较小且材料硬度在中值时最低，另一方面，该区域曲面曲率变化较小，说明当板厚较小，材料硬度在中值小范围内的改变对强度的提高不显著，此参数组合在铆接过程中不能获得力学性能较优的自冲铆接头。通过图4b所示等高线图可以看出，等高线左半图比右半图稀疏，且当材料硬度为18.6～29.9 HRB和52.5～63.8 HRB时，增大板厚可以使接头强度显著提高，这表明板厚的增加对失效载荷的提高在高材料硬度时影响更为显著。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3596628