[发明专利]一种铆接结构干涉量快速预测方法

说明书

本发明涉及一种铆接结构干涉量快速预测方法，属于铆接加工技术领域。该方法包括以下步骤：步骤一、根据铆接板的厚度和铆钉的初始构形，得到铆接后的铆钉预示构形；步骤二、对铆钉初始构形的回转面上的三角形网格映射到铆钉预示构形回转面上；步骤三、将铆钉预示构形回转面的三角网格作为铆钉构形回转面的初始解，通过有限元方法求解铆钉最终构形；步骤四、根据铆钉最终构形得到铆接后铆钉杆上任一高度的直径，而该直径与铆钉孔径的差值即为所需的铆接结构干涉量。该方法无需进行实际的铆接操作即可在铆接前对铆接结构的干涉量进行快速预测，可以辅助设计人员来调整工艺参数等。

技术领域

本发明涉及一种铆接结构干涉量快速预测方法，属于铆接加工技术领域。

背景技术

对于现代飞机的装配制造过程而言，机械连接仍然是主要的连接技术，尤其是铆接，在飞机蒙皮、壁板等零部件的装配中，铆接是最主要的连接形式。干涉铆接是能够对连接部位进行强化的一种连接技术，它既能提高结构疲劳性能，同时还能保证良好的密封性。铆接部位由于干涉而产生的压应力能够有效抑制疲劳裂纹的产生，延缓疲劳失效。而铆接过程中产生的干涉应力与干涉量有着直接的联系。因此，研究铆接结构的干涉量对于铆接结构的性能分析有着重要的意义。

现有的铆接干涉量分析主要是在铆接后进行干涉量检测，主要分为破坏性检测和非破坏性检测两种。破坏性检测是采用线切割等将铆接后的铆接件剖开(纵剖或横剖)然后进行检测的一种方法。非破坏性检测是通过检测铆接后的镦头参数进而拟合镦头轮廓，并通过计算获得干涉量的一种方法。工程中常通过实验后检测干涉量来确定工艺参数。但是这样需要多次反复铆接实验，成本高、周期长，且实验结果只能用于特定材料尺寸的铆钉连接。

发明内容

本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种无需进行实际的铆接操作即可在铆接前对铆接结构的干涉量进行快速预测的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种铆接结构干涉量快速预测方法，包括以下步骤：

步骤一、根据铆接前铆接板的厚度t₀、铆钉孔的孔径D、铆钉的初始构形、预设铆接后的镦头高度h、预设铆接后的镦头鼓形最大直径d_max，根据镦头回转面的轮廓曲线方程以及铆接前、后铆钉的体积不变原理，计算出镦头最小直径d_min，从而得到铆接后的铆钉预示构形；

其中，以镦头中心为坐标原点，以铆钉的中轴线为y轴，镦头回转面的轮廓曲线方程为：

而铆接后铆钉孔内的铆钉杆的直径等于铆钉孔的孔径D；

步骤二、对铆钉初始构形的回转面划分三角形网格，基于超限映射法将铆钉初始构形的回转面轮廓上的网格节点向铆钉预示构形的回转面轮廓曲线上进行映射，得到铆钉预示构形回转面的轮廓节点；

步骤三、基于网格参数化算法将铆钉初始构形的回转面内部网格节点向铆钉预示构形的回转面进行映射，得到铆钉预示构形回转面的内部节点；

步骤四、将铆钉预示构形回转面的轮廓节点和内部节点按映射前的拓扑关系连接形成铆钉预示构形回转面的三角网格作为铆钉构形回转面的初始解，通过有限元方法求解铆钉最终构形，过程如下：

1)根据铆钉构形回转面的初始解、铆钉的材料参数以及预设压力，得到铆钉构形的每个网格节点的塑性应变和应力，从而计算得到作用在每个网格节点上的内力；

2)根据铆钉构形与铆接板接触面上的网格节点的内力以及铆钉构形与铆接板之间的摩擦系数得到铆钉构形与铆接板接触面上的每个网格节点的外力；

3)根据铆钉构形所有网格节点的内力、外力所做的功之和为零建立有限元平衡方程；