基于等效结构应力法的铝合金无钉压铆接头疲劳分析与试验研究

以无钉压铆连接铝合金接头为研究对象,通过测试三组料厚不等的搭接试样拉伸强度和疲劳力学性能,研究了铝合金无钉压铆接头失效断裂行为,获得压铆连接试样力-寿命(F-N)分布规律。根据试样疲劳测试条件建立等效有限元模型,并计算等效结构应力幅ΔSs,对实测的疲劳寿命散点数据进行Weibull分析,并基于最小二乘法拟合得到无铆连接ΔSs-N(主S-N)曲线关键参数。应用拟合的主S-N曲线进行纯电车型全铝合金引擎盖动态关闭无钉压铆连接疲劳损伤预测,结果表明:无钉压铆接头疲劳开裂发生在颈部位置,其ΔSs-N曲线满足幂函数关系,经连接点数量和位置优化设计,铝合金引擎盖关键区域无钉压铆连接最大损伤由1.08降低至0.78,满足了引擎盖动态关闭耐久性能设计要求。开发的计算方法和主S-N曲线参数可为车身领域无钉压铆连接疲劳仿真与优化提供理论依据。

考虑材料−结构−工艺参数的铆接质量多目标优化设计

为提高铝镁合金压铆接头的铆接质量,本文提出了考虑材料−结构−工艺参数的多目标优化设计方法。首先,通过金属的拉伸和压缩试验,获取了铆钉和铆接板材料的本构模型参数;其次,建立了压铆接头的有限元仿真模型,并对接头的干涉量水平和干涉均匀度进行了分析和评价,将仿真与试验结果对比,验证了仿真的准确性;最后,选取压铆接头的材料、结构和工艺参数为设计变量,以接头的关键测点的相对干涉量、整体平均相对干涉量和相对干涉量标准差系数为优化目标,基于田口稳健性实验设计和灰色相关分析方法,结合熵权法得到的目标响应的权重值对压铆接头进行了一体化多目标优化,得到了各设计变量的最佳参数组合。多目标优化后,压铆接头的整体平均相对干涉量,从1.67%提高到2.36%,提升了41.3%,且优化后的值在航天工业标准推荐的范围内,相对干涉量标准差系数,从67.49%降低到41.0%,降低了39.3%,接头的整体干涉量水平和干涉量均匀度得到了双重提升。