一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法，包括：建立风动铆接原理模型：风动铆接反铆载荷实质为铆卡在气压推动下，撞击铆钉钉头使整体向前移动，与顶铁共同挤压使铆钉变形后，铆卡回退至初始相对位置，并进行下一个循环，多次循环载荷的作用下，铆钉墩头彻底成型，并停止铆接，分析铆接过程各部件的动态响应，建立等效模型；有限元模型建立并模拟：在建模软件中建立系统的实体模型，实体模型截取铆接结构一部分，网格划分，铆钉变形较大区域的网格进行了局部细化，创建分析作业并提交分析进行计算，完成有限元计算得到铆钉变形结果。该有限元模型填补了风动铆接仿真技术的空白，简便易行、计算准确，工程实际应用效果极好。应用效果极好。应用效果极好。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法


[0001]本专利技术涉及金属塑性成型
，特别是涉及一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法。

技术介绍

[0002]铆钉连接是一种常用的机械连接方法，连接原理是将铆钉穿过连接件与被连接件后，通过恒压力或冲击力的作用墩粗铆钉钉杆，从而起到连接效果。铆钉连接是一种不可逆的连接方法。现今航空航天等制造行业中，大部分铆钉采用风动铆枪进行反铆连接。操作时，风动铆枪将气压力转换为铆枪铆卡的循环冲击力，并作用在铆钉钉盖上，与此同时，铆钉钉杆端放置有顶铁，人工握持并与钉杆贴合。在循环载荷的作用下，铆钉钉杆成型。与压铆、拉铆相比，风动铆接以其装配效率高，可施工环境多等优点，在装配连接领域具有不可替代的作用。
[0003]因风动铆接载荷变化复杂、顶持过程难以模拟、边界条件难以设定等特点，至今为止还未有出现有效的模型，用以模拟风动铆接状态下铆钉成型过程，导致很多围绕风动铆接下铆钉变形分析与应力状态分析的相关工作难以展开。实际制造过程中，采用风动铆接工艺的铆钉占铆钉总数的95%，建立风动铆接状态下，铆钉成型过程的有限元模型刻不容缓。为填补该技术的空白，本专利技术提出一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接仿真技术，具有重要的工程价值。

技术实现思路

[0004]为了填补风动铆接有限元模拟技术的空白，本专利技术提出一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法。深入研究风动铆接的动态过程，设计了铆接脉冲载荷与顶铁顶持的等效模型，并采用有限元软件实现，用以研究风动铆接状态下铆钉成型过程，为工艺参数优化奠定基础。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立风动铆接原理模型：风动铆接反铆载荷实质为铆卡在气压推动下，撞击铆钉钉头使整体向前移动，与顶铁共同挤压使铆钉变形后，铆卡回退至初始相对位置，并进行下一个循环，多次循环载荷的作用下，铆钉墩头彻底成型，并停止铆接，分析铆接过程各部件的动态响应，建立等效模型；步骤2、有限元模型建立并模拟：在建模软件中建立系统的实体模型，实体模型截取铆接结构一部分，网格划分时，铆钉变形较大区域的网格进行了局部细化，创建分析作业并提交分析进行计算，完成有限元计算后得到铆钉变形结果。
[0006]优选的，所述步骤1中，等效模型包括铆卡的载荷施加方式模型和人手顶铁的状态模型。
[0007]优选的，所述铆卡的载荷施加方式模型中，铆卡的载荷施加方式等效为铆卡的往
复运动。
[0008]优选的，所述往复运动的位移满足函数：，其中：ξ
‑
分析步长，，
‑
初始位移，
‑
最大位移，
‑
单次循环载荷开始时间，
‑
单次循环载荷结束时间。
[0009]优选的，所述人手顶铁的状态模型中，将人对顶铁的作用等效为弹簧阻尼系统，铆钉受载，传递给顶铁时，顶铁产生冲量，并以初速度向后运动，此时人手臂肌肉绷紧，持续减速顶铁至最大位移后，推进顶铁至铆钉墩头处，并进行下一个循环。
[0010]优选的，所述人手顶铁的状态模型中，将人对顶铁的作用等效为弹簧阻尼系统，符合如下方程： ，其中：
‑
顶铁质量，
‑
等效阻尼系数，
‑
等效弹性系数，
‑
加速度，
‑
速度；公式满足初始条件：。
[0011]优选的，所述建立系统的实体模型中包括确定材料参数，材料种类包括：连接件为铝合金2024
‑
O；被连接件为铝合金7050
‑
T7451；铆钉为铝合金2A10；顶铁为钨钢S1；材料性能参数均通过单向拉伸试验获得。
[0012]优选的，所述建立系统的实体模型中，截取铆接结构一部分，建立等效模型，其中连接件为板件，被连接件为T型结构，铆钉模型参考HB6316
‑
4x9结构。
[0013]优选的，所述建立系统的实体模型中还包括建立顶铁系统模型，顶铁系统模型包括顶铁系统顶铁、弹簧阻尼器与刚性板件，顶铁系统顶铁与刚性板件间通过弹簧阻尼器相连。
[0014]优选的，所述建立系统的实体模型中还包括载荷设定及边界条件：定义铆卡的循环位移，模拟铆卡施加在铆钉上的冲击载荷，顶铁系统中施加位移至刚性板件，模拟手持顶铁顶持；连接件顶端与被连接件底端设置对称约束边界条件。
[0015]本技术方案的有益效果如下：本专利技术提出一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法。通过分析风动铆接铆卡施加载荷的方式，建立了载荷的等效模型。通过分解手持顶铁顶持时，每个阶段的运动状态，建立了弹簧阻尼系统等效模型。基于以上原理，截取实体结构中的一部分，在有限元软件中进行了实现，对铆钉变形较大区域进行了网格细化，计算完成后得到铆钉变形量、铆钉残余应力与结构装配应力。该有限元模型填补了风动铆接仿真技术的空白，简便易行、计算准确，工程实际应用效果极好。
附图说明
[0016]下面将结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，其中：图1 为本专利技术基于风动铆接过程的等效原理图；图2 为本专利技术的有限元模型；图3 为本专利技术有限元模型网格；图4 为本专利技术中铆钉局部细化网格图；图5 为本专利技术中模型成型后应力云图；图6为本专利技术中铆钉应力云图剖视图；图7为本专利技术中铆钉位移云图；
图中标记：1、铆卡；2、连接件；3、被连接件；4、铆钉；5、顶铁；6、弹簧阻尼器；7、刚性板件。
具体实施方式
[0017]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0018]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0019]如图1
‑
图4所示，本铆接模型截取了飞机进气道铆钉铆接结构的一段，用于模拟进气道内铆钉的风动铆接过程。以ABAQUS软件为例对过程进行实现。飞机进气道结构具有夹层薄、刚性弱、曲率大等特点，蒙皮的铆接质量，极大地影响进气道蒙皮连接可靠性。蒙皮为板材，连接件2为铝合金2024
‑
O，被连接件为机加隔框，材料为铝合金7050
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T7451，铆钉4材料为铝合金2A10。
[0020]（一）建立风动铆接原理模型风动铆接反铆载荷实质为，铆卡1在气压推动下，撞击铆钉4钉头使整体向前移动，与顶铁5共同挤压使铆钉4成型后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立风动铆接原理模型：风动铆接反铆载荷实质为铆卡在气压推动下，撞击铆钉钉头使整体向前移动，与顶铁共同挤压使铆钉变形后，铆卡回退至初始相对位置，并进行下一个循环，多次循环载荷的作用下，铆钉墩头彻底成型，并停止铆接，分析铆接过程各部件的动态响应，建立等效模型；步骤2、有限元模型建立并模拟：在建模软件中建立系统的实体模型，实体模型截取铆接结构一部分，网格划分时，铆钉变形较大区域的网格进行了局部细化，创建分析作业并提交分析进行计算，完成有限元计算后得到铆钉变形结果。2.根据权利要求1所述的一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法，其特征在于：所述步骤1中，等效模型包括铆卡的载荷施加方式模型和人手顶铁的状态模型。3.根据权利要求2所述的一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法，其特征在于：所述铆卡的载荷施加方式模型中，铆卡的载荷施加方式等效为铆卡的往复运动。4.根据权利要求3所述的一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法，其特征在于：所述往复运动的位移满足函数：，其中：ξ
‑
分析步长，，
‑
初始位移，
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最大位移，
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单次循环载荷开始时间，
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单次循环载荷结束时间。5.根据权利要求4所述的一种基于弹簧阻尼系统的动态铆接有限元模拟方法，其特征在于：所述人手顶铁的状态模型中，将人对顶铁的作用等效为弹簧阻尼系统，铆钉受载，传递给顶铁时，顶铁产生冲量，并以初速度向后运动，此时人手臂肌肉绷紧，持续减速顶铁至最大位移后，推进顶铁至铆钉墩头处，并进行下一个循环。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈昶，龙安林，马振博，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：