[發明專利]一種熱熔自攻絲鉚接接頭建模與仿真方法

有效

• 申請號: 201911128587.3
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN111079257B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 籍龍波;朱學武;曹正林;楊航;蘆強強;丁建鵬
• 申請（專利權）人: 中國第一汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F119/08
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 林波

本發明屬于熱熔自攻絲鉚接技術領域，公開了一種熱熔自攻絲鉚接接頭建模與仿真方法。本發明通過熱熔自攻絲鉚接成形仿真獲得熱熔自攻絲鉚接接頭三維模型，提取成形過程中的溫度分布云圖；然后將溫度分布云圖劃分為多個溫度區間，提取每個溫度區間對應的寬度；對每個溫度區間的鉚接接頭進行硬度檢測，對各個溫度區間的鉚接接頭材料本構模型數據庫進行更新，并應用到修正的熱熔自攻絲鉚接接頭原始模型的各個區域，得到熱熔自攻絲鉚接接頭模型。本發明可在極大程度上降低建模工作量的同時獲得精確的鉚接接頭三維模型，可以更準確描述有限元分析中材料的承載和變形行為，仿真結果與試驗結果的一致性好。

技術領域

本發明涉及熱熔自攻絲鉚接技術領域，尤其涉及一種熱熔自攻絲鉚接接頭建模與仿真方法。

背景技術

在新能源汽車發展以及白車身輕量化的發展趨勢下，鋁合金被越來越廣泛地使用，因此在異種材料的連接方面，傳統點焊實施較為困難。

熱熔自攻絲鉚接是一種新型的異種材料連接工藝，其原理為高速旋轉的鉚釘摩擦、軟化板材，在下壓力和轉矩的共同作用下鉚釘在板件內部鉆出螺紋，形成緊密螺紋連接。熱熔自攻絲具有工藝簡潔、加工清潔、可實現單邊連接、接頭強度高、材料組合靈活性高、易修復等技術優勢，不僅是白車身異種材料連接過程中重要的工藝技術之一，在農用機械、汽車配件、機床、船舶及自動化設備等生產過程中均得到一定應用。

在熱熔自攻絲鉚接成形過程中，鉚釘轉速范圍會達到1500～1800r/min，材料表面溫度能夠達到150～250℃，局部區域產生瞬時摩擦熱和塑性變形熱，鉚接局部板材在高溫影響下軟化，強度明顯降低，板材強度處于一種不均勻狀態，導致在鉚釘剪切力和擠壓力的作用下發生巨大塑性變形，所形成鉚接接頭幾何特征復雜，而不同工藝參數下亦會具有不同的鉚接成形特征，這都是影響結構設計合理性、連接工藝合理性和結構強度可靠性的關鍵因素，三維模型建立困難。現有技術中通過大量的實驗對接頭強度進行分析，但是對于不同材質、不同尺寸的連接方式的大量實驗分析，將浪費大量的財力、物力，嚴重影響研發效率，因此有必要采用三維建模的方式進行仿真。

目前對熱熔自攻絲鉚接接頭的建模，多數研究了熱熔自攻絲鉚接中鉆孔下壓力、鉆孔刀頭最大轉速和鎖緊扭矩等特征參數，大都忽略了瞬時高溫對材料的影響，更無法準確描述高溫對材料的影響，同時，建模過程中對鉚接接頭過度簡化，接頭傳力路徑明顯改變，這種建模方式導致鉚接接頭模型強度與實際鉚接接頭強度存在較大偏差，失去強度預測的意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種熱熔自攻絲鉚接接頭建模與仿真方法，以解決熱熔自攻絲鉚接接頭三維模型的精確建立和仿真問題。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種熱熔自攻絲鉚接接頭建模與仿真方法，包括如下步驟：

第一步，通過熱熔自攻絲鉚接成形仿真獲得熱熔自攻絲鉚接接頭三維模型，提取成形過程中的溫度分布云圖；；

第二步，將溫度分布云圖劃分為多個溫度區間，提取每個溫度區間對應的寬度。

第三步，對每個溫度區間的鉚接接頭進行硬度檢測，對各個溫度區間的鉚接接頭材料本構模型數據庫進行更新。

第四步，對第一步中的熱熔自攻絲鉚接接頭三維模型進行修正，并劃分網格，建立修正的熱熔自攻絲鉚接接頭原始模型。

第五步，對修正的熱熔自攻絲鉚接接頭原始模型進行區域劃分，并對各個區域應用材料本構模型，得到熱熔自攻絲鉚接接頭模型。

作為優選，第二步中所述溫度分布云圖的溫度范圍為293K～660K，以614K、568K、522K、477K和293K為分界點，劃分為六個溫度區間，在溫度分布云圖上提取每一個溫度區間的寬度。

作為優選，第三步所述更新包括鉚接接頭材料硬度和強度更新，所述強度根據鉚接接頭材料的強度和硬度關系式得到。