基于Gurson模型的压力连接过程仿真及连接点强度预测

论文摘要

随着汽车轻量化的发展,汽车车身中使用的钢板越来越薄,各种轻型材料如铝合金、镁合金被不断投入使用,采用传统的连接工艺对这些材料进行连接时遇到了挑战,在这种形势下,压力连接得到了迅速的发展。影响压力连接质量的因素较多,在研究工作中,利用有限元仿真的手段替代试验是一种有效的方法。本文旨在改进与完善压力连接过程仿真模型及连接点强度试验仿真模型,在此基础上,通过对试验数据的统计分析,建立了连接点强度预测值与仿真值之间的关系,并对连接点的强度进行了预测。基于材料试验,对比研究了Hollomon、Ludwik、Voce以及Swift四种流动应力模型,确定了Hollomon模型为试样的流动应力外推模型,研究了Gurson模型的材料参数对拉伸载荷的影响,确定了Gurson模型参数。对影响连接过程仿真精度的诸多因素进行了对比研究,包括接触算法、ALE网格自适应、加载速率以及压边圈的边界条件等,通过在连接过程仿真模型中引入Gurson材料损伤模型,达到了模拟连接过程材料破坏的目的,分析了连接过程材料最先断裂的位置。研究了三维预测模型的网格划分方法,分析了连接点的回弹过程,对连接点的剪切强度试验与拉伸强度试验进行了仿真分析,重点研究了强度试验仿真模型中约束边界条件对仿真结果的影响,分析了仿真结果与试验存在差异的原因,分析了连接点在剪切试验中卸载的原因。通过对试验数据进行统计分析,得到了仿真值的误差范围,建立了预测值与仿真值之间的关系表达式,在此基础上,对连接点的连接强度进行了预测,通过与试验进行对比,验证了预测值的准确性。本文的所做的工作可以为压力连接的仿真研究提供了较好的指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 压力连接技术
• 1.1.1 技术优势
• 1.1.2 在汽车工业上的应用
• 1.1.3 连接质量的影响因素
• 1.2 研究现状及存在的问题
• 1.2.1 研究现状
• 1.2.2 存在的问题
• 1.3 研究的目的及意义
• 1.4 选题来源及研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 材料模型
• 2.1 拉伸试验
• 2.2 应力应变计算
• 2.3 流动应力模型
• 2.4 Gurson 损伤模型
• 2.4.1 断裂类型
• 2.4.2 Gurson 模型
• 2.4.3 确定Gurson 模型参数
• 2.5 本章小结
• 第三章 压力连接过程仿真
• 3.1 压力连接试验
• 3.1.1 试验过程
• 3.1.2 结果分析
• 3.2 轴对称仿真模型
• 3.2.1 接触算法
• 3.2.2 ALE 有限元方法
• 3.2.3 加载速率
• 3.2.4 压边圈的边界条件
• 3.3 仿真及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 连接点强度预测
• 4.1 质量判断方式
• 4.2 连接点强度试验
• 4.3 三维仿真模型
• 4.3.1 单元的选择
• 4.3.2 网格的设计
• 4.3.3 二三维结果对比
• 4.4 回弹过程仿真
• 4.4.1 边界条件
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 剪切试验仿真
• 4.5.1 准静态性
• 4.5.2 边界条件
• 4.5.3 结果分析
• 4.6 拉伸试验仿真
• 4.6.1 边界条件
• 4.6.2 结果分析
• 4.7 连接点强度预测
• 4.8 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附件