外文资料名称：Self-piercing riveting process: An experimental and numerical investigation 外文资料出处： Journal of Materials Processing Technolgy 171(2006) 10 20 附 件： 1.外文资料翻译译文 2.外文原文 指导教师评语： 签名： 年 月 日 自冲铆过程：实验研究与数值模拟 R.Porcaroa,A.G.Hanssena,M.Langseth,A.Aalberg 摘要：自冲铆是一种先进的技术，是为了在汽车中加入金属薄板结构。在这篇文章中，冲铆工艺是模拟利用有限元LS-DYNA的数值。二维轴对称模型，生成包括两个以及两个以上的铆钉和工具。铆钉和工具的几何形状是基于B标准。一个新的技术方案已被使用。在这一类金属成形过程中的优点是限制其使用的适应性。此外，参数研究，对重要参数的形成过程，即摩擦系数，铆合尺寸和失效的标准。为了研究模拟在冲铆过程中验证数值，研制了一种新的试验装置，以便记录在铆接过程中铆钉是否适用。一个大的试验计划是在两个不同的版本对标准制成的铝合金6060，T4和T6已被作为一个数据库，是为了验证模拟的数值。结果表明：有能力模拟对不同组合钢板材料和铆钉进行铆合。关键词：自铆接；接头；铝；测试；进程1导言随着越来越多的在汽车行业中应用自冲铆，为更好地在铆接方面了解力学性能的的需要。在条件下，数控工具，可以用来改善冲铆过程中，预测铆钉连接强度，并给予投入，以工程为基础模式的结构行为，铆钉连接使用壳单元。自冲铆基本上是一个冷成型过程，其中一个半管状铆钉，受到一个柱塞，透过厚度的上层板和在底表上的耀斑，形成了机械联锁两国间表。有别于传统铆接过程中，不存在任何预先操练或需要在自冲铆过程中预针刺孔，因此没有必要为确切接轨之间被加入和铆钉定形机。很少有研究报道，在公开的文献自冲铆。深入学习自我铆接过程是由哈恩和道尔。实验试验台建立，此外在数值模型的铆接过程都采用了有限元（Fe）的使用。在这里，一个几何破坏准则对最低板厚被用来预测失败，在数值模型。好的协议，被发现与实验受力变形曲线及相应的模拟。已充分的实验数据的影响，几个工艺参数，如铆钉直径，长度铆钉，铆钉硬度，厚度与模具形状，对静态和疲劳性能的自冲铆接接缝铝合金aa5754。在金属成形过程模拟，参数所涉及的基本上有三种：（1）几何形状的工具和工件；（2）的过程中的变数，如模具和工具的议案，温度和摩擦；（3）材料参数，如工作硬化和应变率硬化。资料显示，可从过程模拟，包括：金属流动和细节，模具填充，预测流量缺陷如褶皱/圈，分布株，应变率，并强调在物质文明，压力分布在模具材料界面和影响性能一样的摩擦。这些可导致改善在模具和工艺设计，实现降低成本和提高质量的产品。所得资料的过程中也可以被用来设置初始参数数值模型的自冲铆接接头用在崩溃分析与壳结构。准确和可靠塑造使用壳元素的相互牢靠连接是一个难题。所有改善的这样模型为了克服极大的简单化应该根据连接的物理行为。治理这个问题的对物理现象的更好的理解可以达到使用考虑到加入的过程的作用连接的3D模型。为了包括作用用一个自动方式应该测量自已穿甲迷人的过程到被铆牢的连接过程，即几何配置和应力发行的最终状态的3D数字模型里。相互牢靠连接过程的数值仿真可能提供在被铆牢的连接的3D数字模型将包括的所有必要的信息。本研究的目的是介绍和讨论的可能性，以模拟铆过程中使用商业有限元典LS-DYNA的3,4。一种新的试验装置，开发出能够重现铆接进程。这个简单的装置许可证控制所有铆工艺参数和记录的力位移，在历史的进程。模仿进行了使用一个含蓄解答技术与其自适应性和根据在被连接板材的厚度上的变化的几何失败。敏感性研究被执行为了了解某个重要参量的影响例如摩擦、失败、网格大小、能适应的间隔时间等等。一个广泛的实验性题目在唯一铆牢标本由在二种不同型号的铝合金6060，T4制成，并且含T6，使用了作为数据库为确认迷人的过程的数值仿真。唯一铆牢标本由二形铝外形组成加入与在中央部分的自已穿甲铆钉。测试在二个水平上被执行了：(1)物质测试对基本材料和对铆钉材料被用于获得用于数字模型的有形资产；(2)使用新的测试设备的迷人的处理测试。2自冲铆过程和界定范围实验方案 自冲铆基本上是一个冷成型过程中，其中一个半管状铆钉，受到一次柱塞，透过厚度的上层板和到底层表上耀斑，形成了机械联锁两国间表。自冲铆过程中，可以说是由以下四个步骤1：（一）夹紧，即空着把手，迫使两把手对模具夹紧；（二）冲孔，即冲头把铆钉冲成为热门板块；（三）燃烧，即物质的较低资产负债表，流入模具及铆钉小腿已开始向外耀斑，形成了机械联锁之间的上，下基板；（四）释放的力度。联合编队以及联合的表现功能，工艺参数，即在模具几何，铆钉的设计，预夹紧压力的控制持有人，铆钉设定压力。在汽车行业，这些参数是由经验的经营者和一些初步测试，以检查联合编队。因此，对于给定的组合厚度及材料的发展名牌的加入，与自冲铆钉，铆钉几何及模具形状选择，以获得最佳的联接。为了验证数值模式的自冲铆过程先制订实验计划。标本制成的铝合金6060在两个不同的作用，T4和T6。该标本是由两个机构一起组成U形要素，在中央部分，其中铆钉铆钉是B类型，并取得了高强度钢与标称直径为5.0毫米。这个简单的几何标本，可以考验下不同的荷载组合，在试验初成立由帕卡等人介绍。两个值为研究选择板的厚度，2.0毫米和3.0毫米。24阶乘设计采用这一计划。参数选择为：（1）厚的热门板块，（2）厚的底板，（3）物质的热门板块（4）材料的底板。每个组合的这些参数，铆钉几何与模具形状会被选中，按照什么是用在汽车行业。上市的16种样品的结合不同参数。显示几何的铆钉及模具用在这项调查。虽然铆钉及模具几何每次试验。3材料性能材料试验方针得到全面贯彻落实，以表征材料性能的材料和铆钉。材料被切断，从挤压铝合金6060时，在两个不同的型号，T4和T6的，而铆钉使用了高强度钢。材料特性该基地材料的手段获得的单轴拉伸测试。三个样本被切断沿挤出方向。显示出典型的受力变形曲线，为不同的型号。材料性能的铆钉被出租，从而获得了由逆建模。气缸被割断，从小腿的铆钉和测试横向压缩。一个数值模型，这缸是用六面体固体元素，以网目尺寸的0.1毫米0.1毫米0.1毫米，即符合网目尺寸，这是用来为铆钉在示范的铆接过程。该蓝本，作为一个弹塑性材料（垫分段线性可塑性），24型，在LS-DYNA的。力学参数的铆钉材料会被选中，命令得到最适合之间的数值模拟和实验受力变形曲面。显示了对比分析模型和实验结果。在数值模型气缸失败，则不包括在内。实验受力变形曲线开始下降，由于要失败的，而数值曲线继续上升。这种差异并不重要，在这项研究中，由于在铆接过程塑胶株，在铆钉少于那些导致失败的调节器。在表3中，杨氏模量E，真正的压力在0.2塑性应变0.2和真实极限应力u的铝合金和铆钉列。4数值模式数值解技术在有限元模拟金属成形过程用于：制定和欧拉制定工作。拉朗日方法，统一的或固定的单元网格中仍是最常用的方法，在固体力学中的应用，是特别适合的问题，涉及小至中度变形。然而，困难出现时，使用这种方式的问题，涉及大变形时，单元畸变和网状缠结是至关重要的因素，在分析。在存在着很大的变形，有限元素有可能成为严重扭曲。这反过来又可以启动这一提前终止分析中，或导致不可接受的小时间的步骤。扭曲的网格是精确度较差，并可能据此引入数值困难。为了避免数值的问题，是由于网状干扰，最简单的方法是使用一种糜烂或杀元素技术，如分子，无非是撤职网格是根据与失败的标准。当分子移走后，界面之间的床单和铆钉变得粗糙。为了得到比较满意的结果，即一个平滑的界面，一个小单元尺寸是铆钉，一个小单元尺寸增加了若干要素，在模拟与时间的模拟。其他技术，如再加上任意拉格朗日-欧拉（啤酒） 制定或较近期的无网格法，已发展到解决问题，涉及大型塑料流在局部地区。不过，这种方式已得到最重视，在过去十年中，可能是自适应网格化技术。这种方法用于扩展域的应用拉格朗日守则。连续格有有利的影响，消除变形引起的网格扭曲，因此，有必要删去麻烦分子。在处理网格扭曲问题，有很多自动网格改划方法已经开发出来。客观的网格适应性，是为了获得一种铁网是最优，在意义上说，计算所涉及的费用是微乎其微的约束下即误差在溶液中，是低于某一指定优势的自适应方法有很多，包括潜力离散人数减少自由度须达到一个指定的准确水平或决议，特别是在三个层面。主要缺点用此方法是可能开征的不准确和理顺的结果，在测绘史上的变数。在这项研究中，模拟结果用一个隐含的时间整合。由于问题是轴对称，四节点二维轴对称元素被用作四个高斯分和加筋基于沙漏控制（假定应变协调转动刚度形式）。规模最小的元素均张及铆钉被0.1毫米0.1毫米。冲头，压边及模具为蓝本，为刚体，而材料的铆钉和床单蓝本作为弹塑性材料，采用的VM屈服准则，一个分段线性各向同性应变硬化规则，以及相关在塑料域（垫分段线性可塑性）。联系方式是参照采用自动二维单表面刑罚的制定提供LS-DYNA的。6显示初始配置的铆钉进程。首先，排水量。以保持机床，排水量是为冲床推动铆钉通过床单，直到关节，一回弹分析，是对最后配置的联合，以模拟释放该模具的力量。在目前版本的LS-DYNA的，两种类型的适应性，可以利用的手段，即在的R和H第一种方法，也被称为移动网格的适应性，或改划中，有多少个元素和节点试图固定的，而交点位置移至达到最佳长宽比的分子所组成的一部份，在预定的时间间隔。第二个有效方法，所谓裂变的H -适应性，细分的内容提炼成较小的分子，每当一个错误指示灯显示细分这些元素是必要的，用于提高准确度。为二维轴对称单元中，只有研发-适应性方法可应用于从而用于这项研究。当使用的适应性，在LS-DYNA的，用户还明确规定了生时间，在该自适应网格开始，死亡时间。在该自适应网格结束后，和一个时间间隔之间，每个网格。另外，用户可自定义的负荷曲线，使该_t作为一个功能时间每个网格区间，节点值为所有变量被产生。一个全新的网格是产生于旧的网格，基于特征单元尺寸。新的网格初始化，从旧的网格采用最小二乘逼近。二维自适应模拟，可以再加上一个破坏准则的基础上的几何因素。当上板厚度达用户定义的价值钣分为两个部分程序，使铆钉打入底层表。该适应性把其余的固定或由于部分的R方法，他们着眼于区域更多的利益，在某种程度上有细密网格的地方，这是需要和粗疏的一个，在其余地区。在每一个自适应步，一个全新的网格均匀单元尺寸，是为所有的部件选择。失效准则的基础上，侵蚀的因素，是一个适应性的程序，不能一起使用，作为数值问题，将一些基本内容删除，在网格一步，自适应程序，当创建新的网格，仍会顾及节点这已被删除，造成一些内容，可以有负面的体积。这导致了一个错误的终止仿真。5对比试验和讨论数值模型验证试验表明对比数值模拟测试是作为以及两国的比较数值模拟和实验受力变形曲线该铆进程。在人物中，边界的数值联合的已放置于图片的横截面试样。力位移曲线表明，在振荡过程中，这是由于高价值的罚款比例因子。一个高价值的罚款，比例因子选择，以避免接触问题。据指出，默认值的罚因子没有管理，以防止严重的部分渗透率之间的网状的铆钉和顶部表。无结果。9和10显示对比实验和数值结果，在4个