考虑连接性能的搅拌摩擦点焊加筋壁板力学性能分析

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1、中图分类号：TG47论文编号：102870116-S078学科分类号：080104硕士学位论文考虑连接性能的搅拌摩擦点焊加筋壁板力学性能分析研究生姓名于健学科、专业工程力学研究方向工程问题的力学建模与仿真计算指导教师王新峰副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringOnMechanicalPropertiesofFrictionStirWeldedStiffenedPanelConsider

2、ingtheeffectofConnectionAThesisinEngineeringMechanicsbyYuJianAdvisedbyProf.WangXinfengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材

3、料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要加筋壁板结构通过其特有的承载形式降低了对材料的使用，减轻结构重量，提高了生产效率和经济性。搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术，与传统铆接工艺相比，搅拌摩擦焊提高了生产效率，并减轻了结构重量。因此，研究搅拌摩擦点焊加筋壁板具有重要理论意义与工程应用价值。本文首先采用搭接剪切试件和十字拉伸试件进行了铝合金搅拌摩擦点焊焊点拉伸强度与剪切强度试验，得到了焊点连接区域的力学

4、性能以及失效机理。并开展了铝合金搅拌摩擦点焊加筋壁板压缩和剪切稳定性试验，并与铆接加筋壁板进行了对比。试验结果表明，搅拌摩擦点焊加筋壁板的承载能力与铆接加筋壁板基本一致，其最终形式主要表现为焊点的脱焊或壁板的破坏。提出了采用三弹簧单元模拟焊点连接的有限元模型，通过对比焊点区域实体有限元模型、壳元/体组合模型以及壳元/簧元组合模型在受轴向拉伸时剪应力分布，并结合试验结果验证了连接单元的有效性。基于三弹簧元焊点模型建立了搅拌摩擦点焊加筋壁板的有限元简化模型，研究了其在压缩和剪切载荷作用下的力学性能。通过与试验结果的对比分析表明，有限元计算结果与试验结果较为吻合，说明有限元模拟方法可以用来

5、对该型结构的力学性能分析。基于Isight软件中的多岛遗传算法对搅拌摩擦点焊加筋壁板进行了结构优化设计。优化中考虑了焊点连接性能，采用了焊点间距作为优化变量并引入了焊点连接强度的约束条件，使结构达到焊点破坏状态时所施加载荷更接近结构失稳破坏载荷，提高了结构的效率。优化方法思路清晰，简单易行，结构减重效果明显。关键词：搅拌摩擦焊，加筋壁板，结构稳定性，结构优化设计，有限元本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成I考虑连接性能的搅拌摩擦点焊加筋壁板力学性能分析ABSTRACTStiffenedpanelsarecapabletoreducetheweightofstructures

6、bytheiruniqueloadbearing,improvetheproductionefficiencyandeconomicalefficiency.Frictionstirweldingasanewsolidphasejointtechnologyreducesthemanufacturingcostandtheweightofthestructuregreatlycomparedwithrivetingprocess.Studyonthefrictionstirspotweldingstiffenedpanelshassignificantpracticalvalue.S

7、trengthtestsonaluminumalloyfrictionstirspotweldsareconducted,includinglap-sheartestandcrosstensiontest.Themechanicalpropertiesandfailuremechanismoftheconnectionareaareobtainedthroughthetests.Tensionandshearingtestsonfrictionstirwe