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《无头铆钉压铆力数学建模与仿真分析_牟伟强》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、2010年10月西北工业大学学报Oct.2010第28卷第5期JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityVo.l28No.5无头铆钉压铆力数学建模与仿真分析牟伟强,李原,张开富,程晖(西北工业大学现代设计与集成制造教育部重点实验室,陕西西安710072)摘要:无头铆钉压铆连接是航空薄壁件的主要连接方式,作为影响铆接质量的主要工艺参数,压铆力的大小通常只能根据经验给出,缺乏理论依据。文章首先分析无头铆钉压铆过程,将其划分为4个阶段,其中铆钉镦头的真实应变由钉杆均匀敦粗阶段与镦头形成阶段的应变构成。基于以上分析,针对无头铆钉压铆力计算
2、提出采用幂指数硬化理论建立计算压铆力的物理公式,从而确定压铆力关于镦头高度的数学函数;其次根据无头铆钉压铆过程特点,采用轴对称模型对其进行有限元仿真;最后用上述方法对直径相同而镦头高度不同的一组无头铆钉压铆力进行计算并对计算结果进行对比分析,对比分析结果表明文中建立的求解压铆力的物理公式有效性良好。关键词:压铆力,真实应变,幂指数硬化理论,有限元仿真中图分类号:TH1311文献标识码:A文章编号:1000-2758(2010)05-0742-06[4]飞机结构中存在大量的薄壁件,如蒙皮、长桁、或实验方法来设置压铆机的最大铆接力。使用角片等,其连接方式主要为铆接,
3、因此铆接质量对飞经验公式所计算出的压铆力误差较大,而且对铆接机安全性能与疲劳寿命至关重要。1998年夏威夷后铆钉的尺寸不能提前预判;实验方法成本昂贵,并航空公司243人空难事故起因就是由铆接松动所导且耗费大量时间。[1]致的。影响铆接件质量的因素很多,有铆接力、近年来,国内外学者对压铆过程做了大量研究,[3]铆钉几何尺寸、铆钉与被铆接件的材料、被铆接件铆归纳起来主要有以下几种方法:主应力法:其[2]钉孔的尺寸公差等。其中,铆接力的选取至关重主要思想是将平衡微分方程与屈服方程联立求解,要,铆接力的大小不仅对成形的铆钉几何形状有影并利用几何方程、应力边界条件等确定积分常数,以响,而且对
4、铆接后铆钉孔周围的残余应力也有影响求得接触面上的应力分布,进而求得变形力。该方(适当的残余应力可以强化连接)。铆接力过小,使法分析过程复杂,且需要大量的微积分计算;上限[4]得对铆钉的压缩不充分,导致连接过程中铆钉的松法:主要求解思路是根据金属流动模式和解题需动脱落,这对于飞机来说及其危险;铆接力过大,在要设计动可容速度场,利用塑性理论中的几何方程铆钉孔周围所产生的残余应力远远超出强化连接所确定应变速率场和速度场,求出总消耗功率最小的需的残余应力,就会导致铆钉孔周围应力集中和裂独立变量进而求解上限载荷,其力学基础是虚功原纹的出现,这将大大减低飞机的安全性能与寿命。理,确定的载荷总是
5、大于真实载荷。该方法在求解同时,铆接力过大,会使蒙皮局部下陷,径向伸长。过程中要设计尽可能接近真实情况的动可容速度场蒙皮的下陷不仅使蒙皮结构变得具有脆性而且使得[3,5]比较困难;实验分析法:该方法通过对特定材蒙皮表层曲面的连续性、光滑性受到影响,减低飞机料和尺寸的铆钉进行铆接试验,从而获得不同材料[3]的空气动力学性能。然而,关于压铆力的选取并与尺寸的铆钉变形所需的力。这种方法耗费的时间没有一个理论依据,装配过程中往往根据经验公式较长,费用较高,但对于特定的材料,能够得到较为收稿日期:2009-10-13基金项目:国家自然科学基金(50805119)、国家高技术研究发展计划(20
6、07AA041903)、西北工业大学博士论文创新基金(CX200809)和西北工业大学基础研究基金(JC201032)资助作者简介:牟伟强(1985-),西北工业大学硕士研究生,主要从事数字化装配与连接技术研究。第5期牟伟强等:无头铆钉压铆力数学建模与仿真分析743[6,7]精确的数据;有限元仿真法:通过有限元软件面。铆钉镦头(钉头)与连接件板面之间接触区域建立二维、三维或轴对称模型对压铆过程进行仿真的摩擦力将阻碍铆钉镦头(钉头)的形成,使得金属模拟,从而求出压铆力。这种方法缺乏理论深度,求流动发生改变。同时连接件因为受到镦头(钉头)解时间长,对计算机配置要求高,且当铆钉尺寸改
7、变的压力开始发生变形,沿轴向方向压缩。冲头位移时需重新计算。继续增加,当铆钉压铆尺寸达到目标要求时,压铆力本文对无头铆钉压铆过程进行分析,忽略压铆最大,冲头停止移动。在此过程中,连接件不仅在孔过程中铆钉体积的微小变化,根据幂指数硬化理论周围受到铆钉膨胀带来的压力,而且也受到铆钉镦建立计算压铆力的物理公式,利用有限元仿真结果头(钉头)压力和其延展带来的摩擦力作用。接触对物理公式进行验证、分析,建立压铆力与铆钉尺寸面包括铆钉镦头(钉头)和连接板的接触、铆钉和孔
