基于有限元分析的自冲铆接残余应力分布确定

实现汽车轻量化能够改善汽车燃油经济性，使整车质量减轻10%，燃油经济性提高约3.8%。实现汽车轻量化最有效的方法是在汽车制造过程中大量使用轻质材料。常见的轻质材料包括铝合金材料、镁合金材料等，而实现轻质材料的连接是应用轻质材料必须解决的难题。由于采用自冲铆接技术不会在连接处产生热影响区，因而不需要考虑所连接材料发生热变形带来的影响。尽管如此，进行自冲铆接时仍然会在连接处产生残余应力，尤其是通过自冲铆接进行异种金属连接时，其产生的残余应力将影响连接结构的疲劳寿命。对此，需要对自冲铆接产生的残余应力分布进行分析。

通过仿真方法对自冲铆接的残余应力分布进行分析。仿真6111-T4铝合金板件与HSLA340钢制板件连接。对两种板件的有限元建模采用三维壳单元结构模型，对自冲铆接处铆钉的仿真采用二维轴对称单元结构模型，且二维轴对称单元结构类型包含具有状态变量的塑性材料模型。利用具有状态变量的塑性材料模型模拟两种板件的应变率和变形。破坏准则选用最大剪切应变破坏准则。为了避免过大的单元畸变影响精度，在进行网格划分时，采用自适应网格技术。利用LSDYNA仿真软件包对建立的有限元模型进行显式求解分析，确定自冲铆接处的残余应力分布。结果显示，在自冲铆接附近会产生残余应力，且残余应力沿厚度方向分布。

刊名：Journal of Manufacturing Science and Engineering（英）

刊期：2017年第139期

作者：J.F.C.Moraes

编译：王淼