﻿ 无头铆钉的数值模拟分析

# 无头铆钉的数值模拟分析Numerical Simulation Analysis of Headless Rivet

Abstract: In order to analyze the riveting deformation process of headless rivets, the simulation model is established by ABAQUS software. Five stages of the riveting deformation process are analyzed from the perspective of metal flow: initial placement stage, rivet compression stage, filling stage, spade-head forming stage and elastic recovery stage. The longer the rivet, the more obvious phenomenon of the sensitivity and coarse, the greater the interference. When the diameter of the nail hole increases, the amount of interference decreases. The interference of headless rivets of the same size is greater than that of ordinary rivets.

1. 引言

2. 仿真模型的建立

Figure 1. Finite element model and meshing

2.1. 材料选型及参数

Figure 2. Stress-strain diagram of 2A12 aluminum alloy

2.2. 接触和摩擦处理

2.3. 载荷和边界条件

3. 铆接变形过程模拟分析

1) 初始放置阶段：将铆钉放置在预先开有孔的被连接件中，用专用工装保证两边的外伸量一致，如图3(a)所示。

2) 铆钉压缩阶段：从压铆头和铆钉接触开始，钉杆逐渐被镦粗，随着压铆头位移的增大，压铆力逐渐增大，铆钉的钉杆从弹性变形逐渐转换到塑性变形。这一阶段中只有铆钉的挤压变形，铆钉和钉孔之间还未接触，如图3(b)所示。

3) 钉孔填充阶段：压铆头继续移动，铆钉和钉孔开始接触，接触面积逐渐增大，铆钉的径向变形受到约束，对被铆接件形成横向挤压，这一阶段铆钉中金属变形以向下流动为主，直到钉杆在整个钉孔轴向完全填充，如图3(c)所示。

4) 镦头成形阶段：在径向成形进一步受到约束时，在被连接件外的铆钉端开始局部镦粗，镦粗部分和被连接件表面相接触，在两者表面的摩擦力作用下，铆钉中金属流动方向由向下流动逐渐改变为向侧向流动，镦头逐渐增大，对被连接件形成轴向挤压，直到压铆头运动到指定的行程后，形成完整镦头，如图3(d)所示。

5) 弹性回复阶段：在压铆头运动到指定的行程后开始逐渐远离墩头，镦头和压铆头逐渐分离。铆钉和被铆接板上的弹性变形逐渐回复，如图3(e)所示。

(a) (b) (c) (d) (e)

Figure 3. Rivet deformation process. (a) initial stage; (b) rivet compression stage; (c) filling stage; (d) forming stage elastic recovery stage; (e) spade-head forming stage

4. 无头铆钉干涉量影响因素分析

4.1. 干涉量计算方法

$\delta =\frac{D-{D}_{0}}{{D}_{0}}×100%$

Figure 4. Schematic diagram of calculation value of interference quantity

4.2. 铆钉长度对铆接成形的影响

Table 1. Data sheet of rivet interference of difference lengths

Figure 5. River length interference diagram

4.3. 钉孔直径对铆接成形的影响

Table 2. Interference data table of difference nail hole diameters

5. 有头铆钉和无头铆钉的对比

Table 3. Interference data sheet for ordinary and headless rivets

(a)(b)

Figure 6. Stress nephogram after rivet forming. (a) ordinary rivets; (b) headless rivets

6. 结论

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