本發(fā)明屬于金屬材料連接性能分析，涉及一種自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法。

背景技術(shù)：

1、自沖鉚接技術(shù)在汽車、航空等工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用于異種材料的連接。然而，不同連接方案下，材料自身的特性和厚度導(dǎo)致了工藝上的不確定。工程上的普遍做法是針對不同材料組合形式依據(jù)經(jīng)驗進行連接；然后，測量截面特征參數(shù)數(shù)值；最后，基于前一步的工藝結(jié)果進行料片的連接和測試。

2、由于自沖鉚接工藝在成型和性能測試方面相互獨立，導(dǎo)致流程繁瑣、成本高、效率低。因此，亟需一種集成化的方法來同時實現(xiàn)接頭的成型和性能測試。

3、通過計算機數(shù)值模擬的方法一直是行業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點，該領(lǐng)域的學(xué)者在接頭成形階段進行了數(shù)值模擬，針對既成型的自沖鉚接接頭（即通過金相剖面視圖測量幾何參數(shù)，逆向建模）進行性能測試仿真的研究，但將接頭成型與力學(xué)性能測試模型進行耦合，開發(fā)集成模型進行高效模擬，從而替代工藝優(yōu)化及料片測試環(huán)節(jié)的工作尚未見到。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，提供一種能夠集成自沖鉚接接頭成型與力學(xué)性能測試的有限元建模方法，旨在起到替代成形和力學(xué)性能測試試驗并提高自沖鉚接接頭性能預(yù)測的準(zhǔn)確性和效率，從力學(xué)性能響應(yīng)的角度溯源工藝參數(shù)帶來的影響；解決了現(xiàn)有模擬方法中由于成型和測試相互獨立，造成的殘余應(yīng)力數(shù)值丟失導(dǎo)致仿真精度下降的問題。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，包括以下操作步驟：

3、s1、金相剖面測試；

4、s2、對自沖鉚接成形過程進行仿真，設(shè)置動力學(xué)分析步1，搭建自沖鉚接成形過程三維模型；

5、s3、對既變形的三維模型進行保留；

6、s4、對既變形的三維模型進行順序分析步設(shè)置，增加動力學(xué)分析步2，通過有限元順序分析的方法，將自沖鉚接接頭成形后的幾何參數(shù)保留，作為后續(xù)力學(xué)性能測試模型的幾何輸入，同時將自沖鉚接接頭成形后的殘余應(yīng)力映射到力學(xué)性能測試模型中，作為力學(xué)測試模型的輸入；

7、s5、接頭力學(xué)性能測試條件設(shè)置；

8、s6、設(shè)置參考點，輸出自沖鉚接接頭力位移曲線；

9、s7、根據(jù)步驟s2-s5提供的自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成模型，對模型進行數(shù)值計算得到接頭成形后的截面參數(shù)和剪切性能測試的力位移曲線。

10、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：在步驟s1中，根據(jù)上層板為鋁合金或高強鋼，下層板為鋁合金或鎂合金的形式進行連接組合，制作料片級自沖鉚接接頭，同時將接頭沿子午截面剖開，獲得所需的鉚接工藝參數(shù)和鉚釘鉚模型號尺寸。

11、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：在步驟s2中，針對步驟s1中的連接組合形式，分別就對應(yīng)上板和下板建立100*40母材本體料片，根據(jù)s1中所獲得的鉚接工藝參數(shù)，設(shè)置動力學(xué)分析步1，搭建自沖鉚接成形過程三維模型。

12、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：對既變形的三維模型進行保留包括三維模型的幾何參數(shù)，應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)以及材料損傷狀態(tài)的保留。

13、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：對既變形的三維模型進行順序分析步設(shè)置包括：在動力學(xué)分析步1的基礎(chǔ)上，增加動力學(xué)分析步2，該分析步設(shè)置在分析步1之后。

14、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：在分析步2中設(shè)置實際力學(xué)性能試驗中所需的固定載荷和位移載荷，實現(xiàn)自沖鉚接成形和力學(xué)性能測試的集成化。

15、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：在步驟s5中，在分析步2中設(shè)置一字剪切載荷。

16、作為上述技術(shù)方案的進一步描述：一字剪切載荷設(shè)置為料片一端固定，另一端施加特定位移，位移量設(shè)置為大于5mm。

17、由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明取得的有益效果是：

18、a:該發(fā)明解決了現(xiàn)有模擬方法中由于成型和測試相互獨立，而造成力學(xué)測試模型的殘余應(yīng)力數(shù)值影響丟失的問題。

19、b：該發(fā)明提高了自沖鉚接接頭性能預(yù)測的準(zhǔn)確性和效率，可從力學(xué)性能響應(yīng)的角度溯源工藝參數(shù)帶來的影響。

技術(shù)特征：

1.自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，包括以下操作步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，在步驟s1中，根據(jù)上層板為鋁合金或高強鋼，下層板為鋁合金或鎂合金的形式進行連接組合，制作料片級自沖鉚接接頭，同時將接頭沿子午截面剖開，獲得所需的鉚接工藝參數(shù)和鉚釘鉚模型號尺寸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，在步驟s2中，針對步驟s1中的連接組合形式，分別就對應(yīng)上板和下板建立100*40母材本體料片，根據(jù)s1中所獲得的鉚接工藝參數(shù)，設(shè)置動力學(xué)分析步1，搭建自沖鉚接成形過程三維模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，對既變形的三維模型進行保留包括三維模型的幾何參數(shù)，應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)以及材料損傷狀態(tài)的保留。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，其特征在于，對既變形的三維模型進行順序分析步設(shè)置包括：在動力學(xué)分析步1的基礎(chǔ)上，增加動力學(xué)分析步2，該分析步設(shè)置在分析步1之后。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，在分析步2中設(shè)置實際力學(xué)性能試驗中所需的固定載荷和位移載荷，實現(xiàn)自沖鉚接成形和力學(xué)性能測試的集成化。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，在步驟s5中，在分析步2中設(shè)置一字剪切載荷。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，一字剪切載荷設(shè)置為料片一端固定，另一端施加特定位移，位移量設(shè)置為大于5mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種自沖鉚接接頭成形與力學(xué)性能測試集成的有限元建模方法，包括金相剖面測試；對自沖鉚接成形過程進行仿真，設(shè)置動力學(xué)分析步1，搭建自沖鉚接成形過程三維模型；對既變形的三維模型進行保留；對既變形的三維模型進行順序分析步設(shè)置，增加動力學(xué)分析步2；接頭力學(xué)性能測試條件設(shè)置；設(shè)置參考點，輸出自沖鉚接接頭力位移曲線；對模型進行數(shù)值計算得到接頭成形后的截面參數(shù)和剪切性能測試的力位移曲線，該發(fā)明解決了現(xiàn)有模擬方法中由于成型和測試相互獨立而造成力學(xué)測試模型的殘余應(yīng)力數(shù)值影響丟失的問題，提高了自沖鉚接接頭性能預(yù)測的準(zhǔn)確性和效率，可從力學(xué)性能響應(yīng)的角度溯源工藝參數(shù)帶來的影響。

技術(shù)研發(fā)人員：徐世偉,李昊,鐘志華,魯后國,祖似杰,蘆勇,林祖慶,肖培杰,李建宇,李家旭,浩慶璽
受保護的技術(shù)使用者：湖南大學(xué)蘇州研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19