自冲铆变形过程的有限元数值模拟与实验研究

论文摘要

近些年来,随着汽车工业向轻量化的发展以及对汽车经济性能要求的提高,越来越多的轻型新材料被使用在汽车车壳上。如：镀层薄钢板、铝合金、强化塑料、复合材料等。传统的点焊对于这些材料的连接几乎是无能为力。半空心铆钉自冲铆接方法越来越受到了重视和青睐。本文在半空心自冲铆接这一课题综述的基础上,包括成形原理及设备,质量的判定及对国内外的研究现状,利用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了自冲铆接的有限元模型,研究并详述了运用该软件建模时的关键技术,如本构模型的选取,断裂参数的选择等。对使用ANSYS/LS-DYNA软件进行自冲铆接的模拟过程中的各项参数进行了详细的介绍,进行了自冲铆接的二维成形模拟,并且分析了铆接成形的四个阶段。通过模拟所得到的截面成形形状和白冲铆接实验的对比,验证了模拟结果的正确性。运用二维数值模拟对铆接过程中的主要参数进行了研究。包括下模具的直径和深度,铆钉腿部尖端的参数。通过不同数值之间的组合,得到铆接效果的最优解,为实际设计铆钉和下模提供了一些参考。运用了ANSYS/LS-DYNA软件对自冲铆接过程的三维模拟进行了一些探讨,提出了一些模型简化的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 自冲铆接设备
• 1.3 自冲铆接过程简介
• 1.4 自冲铆工艺参数及质量判定
• 1.4.1 铆接过程的工艺参数
• 1.4.2 半空心铆钉自冲铆接质量的评价方法
• 1.5 自冲铆技术国内外研究现状
• 1.6 本课题研究的意义、目的和内容
• 1.7 小结
• 第二章 自冲铆接数值模拟的有限元理论
• 2.1 引言
• 2.2 有限元理论基础
• 2.2.1 有限元变形的应变张量
• 2.2.2 有限元变形的应力张量
• 2.3 几何非线性有限元方程的建立
• 2.3.1 欧拉描述（又称空间描述）
• 2.3.2 拉格朗日描述（又称物质描述）
• 2.3.3 任意拉格朗日--欧拉描述（ALE有限元法）
• 2.4 有限元求解算法
• 2.5 实际应用中的有限元关键技术
• 2.5.1 自适应网格技术
• 2.5.2 显示时间积分与时步控制
• 2.5.3 沙漏控制
• 2.6 小结
• 第三章 自冲铆接过程的二维有限元模拟
• 3.1 引言
• 3.2 ANSYS/LS-DYNA简介
• 3.3 显式动态分析求解步骤概述
• 3.4 自冲铆接有限元模型的建立
• 3.4.1 建模分析
• 3.4.2 求解步骤
• 3.4.3 修改k文件
• 3.4.4 运算
• 3.5 结果分析
• 3.6 小结
• 第四章 自冲铆接工艺参数对成形的影响
• 4.1 引言
• 4.2 凹模的直径和深度对成形的影响
• 4.2.1 凹模的建模分析
• 4.2.2 生成图形
• 4.2.3 分析与结论
• 4.3 铆钉腿部尖端几何参数对成形的影响
• 4.3.1 铆钉腿部尖端的建模分析
• 4.3.2 生成图形
• 4.3.3 分析与结论
• 4.4 小结
• 第五章 自冲铆接的三维有限元模拟
• 5.1 引言
• 5.2 三维有限元模型的建立与分析（不运用网格重划分技术）
• 5.2.1 建模分析
• 5.2.2 求解步骤
• 5.2.3 更改k文件
• 5.2.4 计算结果及图形
• 5.3 三维有限元模型的建立与分析（运用网格重划分技术）
• 5.3.1 建模分析与求解步骤
• 5.3.3 更改k文件
• 5.3.4 计算结果及图形
• 5.4 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 研究生期间发表的专利
• 附录B 自冲铆接二维模拟关键字文件