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自冲铆变形过程的有限元数值模拟与实验研究

作　者: 白玉峰
导　师: 杜茂华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 自冲铆接数字化模拟 LS-DYNA 连接工艺参数研究
分类号: TG938
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-20
  1.1 引言  8-10
  1.2 自冲铆接设备  10-11
  1.3 自冲铆接过程简介  11-13
  1.4 自冲铆工艺参数及质量判定  13-16
    1.4.1 铆接过程的工艺参数  13-15
    1.4.2 半空心铆钉自冲铆接质量的评价方法  15-16
  1.5 自冲铆技术国内外研究现状  16-17
  1.6 本课题研究的意义、目的和内容  17-18
  1.7 小结  18-20
第二章自冲铆接数值模拟的有限元理论  20-34
  2.1 引言  20
  2.2 有限元理论基础  20-24
    2.2.1 有限元变形的应变张量  20-22
    2.2.2 有限元变形的应力张量  22-24
  2.3 几何非线性有限元方程的建立  24-26
    2.3.1 欧拉描述(又称空间描述)  24
    2.3.2 拉格朗日描述(又称物质描述)  24-26
    2.3.3 任意拉格朗日--欧拉描述(ALE有限元法)  26
  2.4 有限元求解算法  26-27
  2.5 实际应用中的有限元关键技术  27-32
    2.5.1 自适应网格技术  27-30
    2.5.2 显示时间积分与时步控制  30-31
    2.5.3 沙漏控制  31-32
  2.6 小结  32-34
第三章自冲铆接过程的二维有限元模拟  34-54
  3.1 引言  34
  3.2 ANSYS/LS-DYNA简介  34-36
  3.3 显式动态分析求解步骤概述  36-37
  3.4 自冲铆接有限元模型的建立  37-49
    3.4.1 建模分析  37
    3.4.2 求解步骤  37-48
    3.4.3 修改k文件  48-49
    3.4.4 运算  49
  3.5 结果分析  49-52
  3.6 小结  52-54
第四章自冲铆接工艺参数对成形的影响  54-64
  4.1 引言  54
  4.2 凹模的直径和深度对成形的影响  54-58
    4.2.1 凹模的建模分析  54-55
    4.2.2 生成图形  55-57
    4.2.3 分析与结论  57-58
  4.3 铆钉腿部尖端几何参数对成形的影响  58-63
    4.3.1 铆钉腿部尖端的建模分析  58-59
    4.3.2 生成图形  59-63
    4.3.3 分析与结论  63
  4.4 小结  63-64
第五章自冲铆接的三维有限元模拟  64-76
  5.1 引言  64
  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)  64-71
    5.2.1 建模分析  64
    5.2.2 求解步骤  64-68
    5.2.3 更改k文件  68-69
    5.2.4 计算结果及图形  69-71
  5.3 三维有限元模型的建立与分析(运用网格重划分技术)  71-75
    5.3.1 建模分析与求解步骤  71-72
    5.3.3 更改k文件  72-73
    5.3.4 计算结果及图形  73-75
  5.4 小结  75-76
第六章结论与展望  76-80
  6.1 结论  76-77
  6.2 展望  77-80
致谢  80-82
参考文献  82-86
附录A 研究生期间发表的专利  86-88
附录B 自冲铆接二维模拟关键字文件  88-91

自冲铆变形过程的有限元数值模拟与实验研究

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