玻璃纤维增强热塑性复合材料自冲铆接过程的数值研究

随着玻璃纤维增强热塑性(GFRT)复合材料的推广应用,自冲铆接(SPR)技术作为GFRT板材的有效连接技术而获得关注.基于LS-DYNA建立了三维数值模型,研究以GFRT为工件的SPR过程及接头形成机理,分析了铆钉长度对SPR接头强度的影响,并实验验证了模拟结果的可靠性.研究表明:GFRT材料SPR接头形成的机理与金属材料不同,铆钉穿透GFRT工件后钉腿在底座及GFRT材料的挤压下向外张开,在工件上下侧形成机械锁而将工件紧扣在一起;铆钉下压过程中,铆钉的应力增加,钉腿变短变粗;以GFRT为工件的SPR接头强度随着铆钉长度的增加而增大,研究结果对GFRT材料SPR工艺的优化具有指导意义.

连接条件对GFRTP自冲铆接性能影响的数值研究

采用LS-DYNA软件建立玻璃纤维增强热塑性复合材料(GFRTP)的自冲铆接(SPR)有限元模型,对SPR过程进行数值模拟和实验验证。通过比较应力分布、钉腿张开度及接头强度,分析底座几何形状及铆钉材料对GFRTP工件SPR过程及接头强度的影响。研究结果表明:与金属SPR接头钉腿被下工件完全包裹而形成自锁结构不同,GFRTP工件SPR接头的形成机理是钉腿穿透下工件而向外翻卷,与钉头一起形成机械锁。连接条件对GFRTP工件SPR性能有显著影响。在一定范围内,增大底座凸台倾角有助于提高SPR的自锁性能;增加铆钉材料强度,可有效提升SPR接头的强度。