基于碰撞安全性的无铆钉自冲铆接设计与建模方法研究

汽车轻量化的关键是在车身的制造中大量使用轻金属和非金属，而连接这些金属的最佳方法是采用铆接技术，铆接连接强度直接影响汽车的抗撞性，本项目着重研究不同材料、不同厚度部件铆接以及多层部件铆接在静态和动态加载条件下的力学响应，建立无铆钉自冲铆接简化有限元模型，并进行试验验证。研究无铆钉自冲铆接单元快速建模方法，提高提高整车安全性仿真建模效率，为实心铆钉自冲铆接、半空心自冲铆接的简化单元建模提供参考。研究无铆钉铆接接头连接形式以及铆接点间距对整车碰撞安全性的影响，为开展钢铝一体化车身及其复合材料车身的整车碰撞安全性设计与仿真建模进行技术储备，促进相关核心技术的掌握。

无铆钉铆接是一种理想的异种材料连接方法，可以有效实现车身轻量化。提出了使用LS_OPT软件参数逆向方法，MATLAB软件的积分平均法和损伤演化法，并依据仿真结果，确定Gurson-JC模型中的材料参数，为其它材料参数表征提供了借鉴方法。针对脆性和韧性两种无铆钉铆接接头，通过单个接头小试件在典型工况下的动态与准静态试验，分析无铆钉铆接接头力学行为和失效特征。使用多种单元类型建立无铆钉铆接接头的有限元简化模型，对比小试件试验结果，确定约束单元（SPR2模型）为最佳的无铆钉铆接接头有限元简化模型。开发了整车铆接有限元快速建模模块，大大提高了整车铆接建模效率。进行了无铆钉铆接直管构件的轴向压溃试验，采用SPR2模型对直管构件的三点弯曲试验进行有限元模拟，研究接头连接形式对直管构件耐撞性的影响。采用响应面法优化铆接间距，并提出了采用等效静态加载法对连接点间距进行非线性拓扑优化，由于该方法适用于实体单元，故将其应用于点焊间距优化中，为其它形式的连接间距优化提供了借鉴方法。同时发明了一种新型无铆钉铆接模具，并对无铆钉铆接的疲劳特性进行了初步研究。本课题研究为钢铝一体化车身及其复合材料车身的整车碰撞安全性设计与仿真建模提供了技术储备。