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高铁铝合金车身自冲铆接件疲劳性能研究
| 论文题名： | 高铁铝合金车身自冲铆接件疲劳性能研究 |
| 关键词： | 高铁;铝合金车身;自冲铆接;疲劳性能;结构优化 |
| 摘要： | 我国高铁车速已达到350km/h，在世界居于领先地位。高铁车速的提升，除了依靠子弹型车头和流线型车身，还因为工业铝合金取代钢铁材料从而实现了车身轻量化。然而铝合金车身常用的焊接连接方式容易出现气孔、裂纹等焊接缺陷，大大的降低了高铁使用寿命，急需一种连接技术解决高铁铝合金车身不易焊接的问题，因此自冲铆接技术应运而生。但目前自冲铆接技术多应用于汽车领域，是否满足高铁车身疲劳性能要求仍有待进一步研究。因此，本文采用ABAQUS建立了自冲铆接单元有限元分析模型，分析了各结构参数对疲劳性能的影响，并基于中心复合实验及多目标优化技术为自冲铆接构件提供多个可行方案，以此建立一种以提高自冲铆接件疲劳性能为目标的优化方法，并通过实验验证其可行性。本文主要研究内容及研究成果如下： 1、铝合金自冲铆接疲劳性能理论推导。通过多种疲劳研究方法详细分析影响自冲铆接件疲劳强度的因素，采用Weibull分布参数进行估算的方法进行计算，采用双加权最小二乘法推导构件的S-N曲线拟合公式，从而为提高自冲铆接件疲劳性能的研究提供理论基础。 2、建立自冲铆接件有限元分析模型。利用UG建立自冲铆接构件三维模型，将模型导入ABAQUS对自冲铆接单元进行剪切性能和疲劳性能有限元分析并通过实验验证有限元模型的有效性。采用灵敏度分析方法分析各结构参数对自冲铆接结构件疲劳性能的影响，得到3个主要的影响因素，并通过改变各参数分析得到单一变量下的最优结构参数区间，为多目标优化做准备。 3、多目标优化。采用中心复合实验方法设计实验方案，通过Designexport软件得到自冲铆接构件最大剪切力及疲劳寿命与结构参数之间的映射关系，将其导入Isight软件，最后调用NSGA-Ⅱ算法，以获得较大剪切力的同时获得较高的疲劳寿命为目标，计算得出自冲铆接构件各个结构参数的Pareto优化解。并在合理的情况下寻找实际适用的最优解作为最终方案。 4、实验验证。以优化得到的最优结构参数制造自冲铆接构件，通过疲劳实验验证自冲铆接构件疲劳性能，根据试验所得数据绘制疲劳寿命曲线。结果显示，优化前与优化后相比构件的疲劳寿命增加明显，通过对数据进行多因子方差分析，得到优化后与优化前相比最大剪切力由7358N提升至7894N，提升7.28%；疲劳寿命由103721次提升至115064次，提升10.94%。 |
| 作者： | 李雨南 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李彬;姜超浪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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