1.3有限元模型网格划分

在HyperMesh软件中对无铆钉铆接板料和模具的有限元几何模型进行网格划分。为避免计算过程中出现沙漏在保证计算效率的同时在变形较大的板料区域处应尽量细化网格。本文中为更好地体现出上下板料镶入量和上板料颈部厚度的变形情况选择在板料厚度方向划分7个单元。将模具定义为刚体材料，可以不对模具定义材料属性和划分网格。最后定义的全局网格尺寸是0.3mm,在板材主要变形区即接头成形区域网格尺寸是0.15mm,最后得到上板料网格数量为419408个，下板料单元数量为419121个。得到的划分网格后的模型如图2所示。

1.4初始条件设置

LS-DYNA求解器定义将模型中所有部件的接触，包括凸模和上板料的接触、上板料和压边圈的接触、上下板料间的接触以及下板料与凹模之间的接触均设置为单面自动接触，本摩擦条件采用罚函数法，通过实验测得铝合金上下板料之间摩擦系数为0.41,铝合金与模具之间摩擦系数为0.35。

凹模的位置固定，定义为刚性全约束，通过修改刚性体材料

关键字*MAT- RIGID对刚体施加全约束，即将关键字中的参数CON1与CON2均设为7。凸模为刚体，只能沿Y轴方向移动，通过在凸模上定义冲头的位移载荷，来完成无铆钉铆接冲压过程，求解时间步0.001，压边圈为均匀载荷，载荷设定为25KN。通过设置体积粘性系数实现沙漏变形的抑制，实现沙漏能在总能量中所占的比例不能超过10%。

1.5成形模拟结果分析

根据冲头的随时间运动的过程对数值模拟结果进行分析。得到无铆钉铆接成形过程中板材随时间的变形情况如下图3所示。

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铆接初始成形阶段主要发生的变形是板料的弹性变形,在该阶段凸模下行,上下板料在凸凹模作用下开始发生塑性变形,板料晶格被压缩,如图3-a所示。铆接成形阶段主要是随着凸模向凹模继续运动,金属板料在凸模强制位移作用下流向凹模直至板料填满凹模底部,并且随着板料的塑性流动,上下板料之间形成自锁接头,如图3(b~d)所示。在保压阶段是为了减少板料成形后的回弹,这对接头质量影响很大,如图3e所示。在接头成形后的凸模退模阶段,借助凸模拔模角,使得凸模能够顺利退出。

2 压边力对对铆接接头冲压回弹的影响

在所述接头成形仿真模拟过程中设定的压边力大小为均匀载荷35KN,通过分析计算,对应得到的最大的回弹量为0.31mm, 其应变云图如图4所示

另外设置四组压边力的值分别为15KN、20KN、25KN、30KN。得到不同压边力下应变云图如下图5。

压边力为15KN时对应的最大回弹量为2.92mm,压边力为20KN时对应的最大回弹量为1.63mm,压边力为25KN时对应的最大回弹量为0.90mm,压边力为30KN时对应的最大回弹量为0.42mm。由此分析可知随压边力的增大,最大回弹量呈逐渐递减趋势。

3 压边力对无铆钉铆接接头力学性能的影响

对无铆钉铆接接头力学特性进行分析计算,通过接头上板料参考点的约束反力来衡量接头所能抵抗的最大轴向载荷。无铆钉铆接接头的力学分析模型如图6所示。对接头的下端进行固定约束,在接头上端施加均匀拉伸载荷直至接头失效,判定不同压边力下对应的无铆钉铆接接头所能承受的最大拉伸力。

对不同压边力下的无铆钉铆接成形接头进行拉伸力学性能分析,得到对应压边力下铆接接头所能承受的最大拉伸力如表3所示。

2.3疲劳分析结果

经过疲劳分析后,得到以下分析结果,如安全系数分布图与寿命分布图。