电磁铆接铆钉变形及铆模结构优化的研究

发布时间：2017-04-17 01:05

  本文关键词：电磁铆接铆钉变形及铆模结构优化的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：飞行器的铆接部位易发生疲劳破坏，适当的干涉量能有效提高铆接件的疲劳寿命。电磁铆接由于其成形速率高，沿杆形成均匀的干涉量，容许形成较大的干涉配合，但采用平铆模铆接后达不到最佳干涉量，因此有必要对电磁铆接铆钉变形及铆模结构优化进行研究，以提高铆接件的疲劳寿命。 针对电磁铆接铆钉变形方式，首先对应力波在细长杆中的传播规律进行分析，对一端固定一端加载以及两端同时加载时应力波在细长杆中传播的数学模型进行了推导。其次对铆钉在电磁铆接过程中的应力状态进行理论分析，应用主应力法建立了各个阶段铆接力的计算公式，，为实际铆接中铆接力的选择提供了理论依据。 利用Abaqus软件对电磁铆接过程进行数值模拟，对铆钉的动态变形过程进行分析，得到了铆钉等效塑性应力应变随时间的变化规律，以及铆接完成后剪应力和残余应力的分布状态。在此基础上通过改变铆模圆角以及铆模倾角，分析了铆模圆角、铆模倾角对干涉量大小、残余应力大小及其分布、最大剪应力、最大残余拉应力的影响，并利用Matlab对模拟数据进行二次拟合，得到了以上各个参数与铆模圆角以及铆模倾角之间的函数关系。利用Fe-safe软件对铆接件的疲劳寿命进行数值模拟，确定铆接件疲劳寿命薄弱部位，并分析了残余应力对铆接件疲劳寿命的影响，得到疲劳寿命随残余压应力的增大呈指数规律增大。基于疲劳分析结果以及最佳干涉量选取原则建立铆接件质量评估目标函数，对铆模结构进行优化。最后通过试验对优化结果进行验证，结果表明采用所设计铆模结构能有效提高铆接件疲劳寿命。
【关键词】：电磁铆接 应力波 数值模拟 铆钉变形 铆模结构 疲劳寿命
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V261.29;TH131.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题研究的目的和意义8-9
• 1.2 国内外在该方向研究现状及分析9-14
• 1.2.1 国外电磁铆接技术研究现状9-11
• 1.2.2 国内电磁铆接技术研究现状11-13
• 1.2.3 电磁铆接数值模拟研究现状13-14
• 1.3 电磁铆接工艺研究方法14-15
• 1.3.1 解析法14-15
• 1.3.2 试验法15
• 1.3.3 数值模拟法15
• 1.4 主要研究内容15-17
• 第2章 电磁铆接铆钉变形理论分析17-35
• 2.1 电磁铆接铆钉变形机理研究17-21
• 2.1.1 弹性波在细长杆中的传播17-20
• 2.1.2 塑性波在细长杆中的传播20-21
• 2.1.3 弹塑性波的相互影响21
• 2.2 细长杆中应力波传播的数学模型21-27
• 2.2.1 一端受冲击力时应力波传播模型22-24
• 2.2.2 两端受冲击力时应力波传播模型24-26
• 2.2.3 受阻力时应力波传播模型26-27
• 2.3 电磁铆接过程中铆钉受力分析27-34
• 2.3.1 物理模型建立27
• 2.3.2 铆钉变形阶段划分27-29
• 2.3.3 电磁铆接铆钉受力分析29-33
• 2.3.4 铆接所需铆接力实例计算33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 电磁铆接过程的有限元分析35-46
• 3.1 有限元建模流程35
• 3.2 电磁铆接有限元模型建立35-39
• 3.2.1 几何模型建立35-36
• 3.2.2 材料属性36-37
• 3.2.3 接触摩擦37-38
• 3.2.4 网格划分38-39
• 3.2.5 边界及载荷处理39
• 3.3 数值模拟结果分析39-45
• 3.3.1 电磁铆接铆钉成形动态分析39-40
• 3.3.2 电磁铆接铆钉变形分析40-43
• 3.3.3 电磁铆接力分析43-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第4章 铆模结构优化46-64
• 4.1 铆接件疲劳寿命分析46-53
• 4.1.1 铆接件静力分析46-48
• 4.1.2 铆接件疲劳分析48-51
• 4.1.3 残余应力对疲劳寿命的影响51-53
• 4.2 铆模构型对铆接质量的影响53-59
• 4.2.1 铆模倾角对铆接质量的影响53-57
• 4.2.2 铆模圆角对铆接质量的影响57-59
• 4.3 铆模结构优化59-63
• 4.3.1 铆模构型与铆接质量的函数关系59-62
• 4.3.2 铆模结构设计62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第5章 电磁铆接铆模结构试验研究64-70
• 5.1 试验设备及材料64-66
• 5.1.1 电磁铆接设备及性能参数64
• 5.1.2 剪切拉脱试验设备64-65
• 5.1.3 铆钉铆模参数65-66
• 5.2 不同铆模结构试验结果分析66-69
• 5.2.1 干涉量分析66-67
• 5.2.2 铆接件剪切强度分析67-68
• 5.2.3 铆接件抗拉强度分析68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 结论70-71
• 参考文献71-75
• 致谢75

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