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钢铝热无铆塑性连接工艺及接头力学性能研究
| 论文题名： | 钢铝热无铆塑性连接工艺及接头力学性能研究 |
| 关键词： | 异种材料;热无铆塑性连接;本构模型;力学性能 |
| 摘要： | 近年来随着汽车工业科技水平的发展，结构轻量化的要求越来越高，高强度钢与高强度铝合金混合结构因其高强度、质量轻等优点受到汽车工业的青睐。然而由于钢铝两种材料的异质特性，如何构建有效的连接方式保证接头的力学性能一直是学术界和工程界研究的热点。针对钢铝异质材料的有效连接问题，本文以22MnB5高强钢与7050铝合金为研究对象，提出一种感应热铆接涡流冷却阀冷却的无铆塑性连接工艺，开发热无铆塑性连接装置及模具，并通过试验与有限元建模相结合对钢铝热无铆塑性连接的成形规律与成形接头的连接质量进行了研究。主要内容如下： 钢铝异质材料力学参数测定及本构模型的建立。首先了解异质金属薄板的连接工艺原理及成形过程，设计常温与加热两种拉伸试验，对材料的热力学参数进行实验测量。基于钢铝材料的单向拉伸实验结果，获取板料温度与应变速率相关的应力-应变曲线，高强钢选用Hansel-Spittle热-粘塑性本构模型、铝合金采用分段线性塑性材料模型，通过求解模型相关参数进而建立材料的本构模型，并对高强钢本构模型进行可靠性验证。 钢铝异质薄板热无铆塑性连接有限元仿真分析。基于所测的热力学参数和热本构模型采用Abaqus软件建立热无铆塑性连接有限元模型，将仿真结果与铆接试验的截面金相图中成形接头关键特征尺寸参数进行对比分析，发现二者颈厚值的偏差率为5.63%，自锁值的偏差率为3.76%，底厚值的偏差率为1.64%，仿真模拟的结果与真实试验结果相近，进而验证了有限元模型的可行性和准确性。采用有限元模拟的结果对不同工况热无铆塑性连接工艺下接头成形过程中应力应变分布情况进行分析研究。将颈厚值tN、自锁值tu、底厚值d作为评估成形接头质量的重要特征尺寸因素，分析成形过程中温度、凸模行程、凸凹模结构参数对成形接头的影响规律。 钢铝热无铆塑性连接接头力学性能研究。成形接头抗剪切、抗拉伸载荷能力是评估接头力学性能的关键因素，通过一字搭接剪切和十字搭接拉伸试验对比分析研究钢/铝异质薄板不同初始温度及冷却方式下对无铆塑性连接接头力学性能的影响。结果表明，上铝下钢搭接方式下接头的连接效果最好，通过对比分析确定22MnB5高强钢加热至700℃，铝仅经热传导进行无铆塑性连接并采用阀冷冷却处理时的接头质量最佳，抗剪切强度和抗拉伸强度均有效提高，为进一步进行钢铝异质材料塑性连接提供了思路。 |
| 作者： | 陈光 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 谷东伟;罗志高 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长春工业大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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