铆钉冲压应力分析
基于有限元分析的重型卡车车架铆钉应力精确计算法
（ ．Ｓａ ｅ ａ．ｏ ｃａｉ ｌ ｒ ｓ ｉ ｉ ａ ｔｔ Ｋ ｙＬｂ ｆ ｅ Ｍｅｈ ｎ ａ Ｔａ ｍ ｓ ｏ ｃ ｎ ｓｎ ｂ ｎ ｏａｉ ａｅｆ ｒｄ ａ ｓ ｈｎｑｎ ｎｖ ， ｈｎ ｑ ｇ ００ ４ Ｃ ｉａ ．Ｉｎｖｔ ｎＢ ｓ ｏ Ｇ ａｕｔ ，Ｃ ｏｇ ｉ Ｕ ｉ． Ｃ ｏ ｇｉ ０４ ， ｈ ） ｏ ｒ ｅ ｇ ｎ４ ｎ
ｓｒ ｓ ａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｏ ｒ ｍｅ ａ ｄ ｉｓ ｒｖ ｔ Ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ ｓ ｄ ｏ ｎｉ ｌｍｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ ． Ｗ ｈ ｎ ｓｒ ｃｕ ｅ ｔｅ ｓ ｃ ｌｕ ａ ｉ ｆ ｆａ ｎ ｔ ｉ ｅｓ ｉ ｒ ｐ ｓ ｄ ｂａ ｅ ｎ ｆ ｔ ｅ ｅ ｎ ｎ ｌｓｓ ｏ ｉ ｅ ｅ ｔ ｔ ｒ ｕ ｓｒ ｎ ｔ ｎａｙ ｉ ｓ ｐ ｔｏ ｏ ｅ ｆａ ｔｅ ｇｈ ａ ｌｓｓｉ ｕ ｎ ｗｈ ｌ ｒ ｍｅ，ｔｅ ｒｖ ｔ ｒ ｓｒ ｔ ｓｎ ｅ ｍ ｌ ｍｅ ｔ ｎ ｎ ｌｚ ｄ ｌｎ ａ － ｈ ｅｓａ ｅ ｄｉｃ ｅ ｅ ｕ ｉｇ ｂ ａ ｅｅ ｎ ｓａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｉ ｅ ｒ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａｓ ｔ ｈ ｒ ｂ ｅ ｔ ａ ｉ ｅｓ ｏ ｅ ｖ ｕ ｙ ｔ ｃ ｒ ａ ｆ ｗｈ ｌ ｒ ｖ ｌ ｇ，ａ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｏ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｈ ｔｒ ｔ ｆ ａ ｈ ａ ｙ ｄ ｔ ｒ ｋ ｂ ｅ ｋ ｏ ｉ ｔ ｅ ｉ ｖ ｕ ｅ ａ ｎ ｔｏ ｎ
基 于有 限元 分 析 的重 型卡 车 车架 铆 钉应 力 精 确 计算 法
叶玉喜 ， 邵毅敏 索 小争 ，
（ 重庆 大学 ａ ．机械 传动国家重点实验 室；．研 究生创新基地 ， ｂ 重庆 ４ ０４ ） ０ ０４
基于Ansys的铆钉冲压过程应力应变分析
基于Ansys的铆钉冲压过程应力应变分析研究生姓名：段晓溪班级：材加6班学号：S130********指导教师：高士友教授目录第一章研究任务简介 (2)1.1题目描述： (2)1.2题目分析： (2)第二章建立模型 (3)2.1设定分析作业名和标题 (3)2.2定义单元类型 (4)2.3定义实常数 (5)2.4定义材料属性 (6)2.5建立实体模型 (8)2.6对铆钉划分网格 (12)第三章定义边界条件并求解 (13)3.1施加位移边界 (13)3.2施加位移载荷并求解 (14)第四章查看结果 (15)4.1查看变形 (16)4.2查看应力 (17)4.3查看截面 (18)第5章结论 (19)第6章参考文献 (19)第一章研究任务简介1.1题目描述：为了考察铆钉在冲压时，发生多大的变形，对铆钉进行分析。
铆钉如图1.1所示。
基本参数：铆钉圆柱高：10mm 铆钉下端球径：15mm弹性模量：2.06E11 铆钉圆柱外径：6mm泊松比：0.3 铆钉内孔孔径：3mm图 1.1 铆钉铆钉材料的应力应变关系如表1.1所示[1]。
表1.1 应力应变关系1.2题目分析：塑性是一种在某种给定荷载下，材料永久产生变形的材料特性，对大多数的工程材料来说，当其应力低于比例极限时，应力—应变的关系是线性的。
另外，大多数材料在应力低点屈服点时，表现弹性行为，也就是说，当移走荷载时，其应变也完全消失[2]。
由于材料的屈服点和比例极限相差极小，因此在ANYSYS程序中，假定他们是相同的。
在应力—应变的曲线中，低于屈服点的叫做弹性部分，超过屈服点的叫做塑性部分，也叫作应变强化部分。
塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性。
第二章建立模型建立模型包括设定分析作业名和标题；定义单元类型和时常数；定义材料属性；建立几何模型；划分有限元网格。
其步骤如下：2.1设定分析作业名和标题在进行一个新的有限元分析时，通常需要修改数据库名，并在图形输出窗口中定义一个标题来说明当前进行的工作内容。
汽车车架中的铆钉结构应力分析研究
【巧】·｛△“｝＝｛Ｆ）＿｛Ｆ”｝ 式中：［坼】为切线刚度矩阵；｛缸）为位移增量；伊｝为 外部载荷向量；扩”）为内部力向量。反复迭代，直到 ｛Ｆ｝一俨”｝在允许误差范围内结束计算，这是一个以 求解时间为代价的复杂求解过程。
由车架整体静强度分析得知，铆钉附近板壳的应
力有的地方超过了２００ Ｍｐａ，那么，铆钉的应力如何
呢？表ｌ列出了外支撑板上通过梁单元离散的铆钉的最
大应力值，选取的铆钉包括横梁连接板上板与车架连
接的右边前４颗、下板与车架连接的右边前４颗，以及
外支撑板与平衡座连接的１４颗，总共２２颗。见表１。
序号 ｌ ２ ３
作者简介：胡玉梅（１９６４一），女，教授，工学博士；主要研究方向为汽车ｃＡＥ与结构优化设计及汽车被动安全技术。
——０４ 万方数据
设计·计算·研究
１ 线性行为与非线性行为
１７世纪，罗伯特·虎克发现力（Ｆ）和位移（扰） 之间存在一个简单的线性关系，称为虎克定律：Ｆ＝ Ｋ．砧，常数Ｋ为结构的刚度。在有限元的线性结构分 析中，虎克定律演变成了一个线性代数方程组：
图１整体车架应力分布云图
横
横பைடு நூலகம்
图２位置关系示意图 图３是外支撑板的应力分布云图以及板上的铆钉 分布。图中标示的数值是板壳上箭头所指位置的节点 应力，单位ＭＰａ。从图上可以看出，外支撑板的下面 应力比较大，显示出大面积的高亮区域。特别是最下 排与平衡座连接的１４颗铆钉两侧，也就是箭头所指的 位置，有明显的应力集中。第一颗铆钉附近应力值达 到１８７ ＭＰａ，最后一颗铆钉附近应力值达到２２０ ＭＰａ， 也是整块板上应力最大的地方。 图４为横梁右连接板的应力分布云图，以及铆钉 在板上的分布情况，图中标示的数值是板壳上箭头所 指位置的节点应力，单位ＭＰａ。从图上看，下板的应
铆钉冲压应力分析,
铆钉冲压应力分析课程：ANSYS14.0 理论解析与工程应用实例班级：姓名：学号：日期：目录一．问题描述二．建立模型1设定分析作业名和标题2.定义单元类型3.定义实常数4.定义材料属性5.建立实体模型6.对铆钉划分网络三定义边界条件并求解1. 施加位移边界2. 施加位移载荷并求解四查看结果1 查看变形2 查看应力3 查看截面4 动画显示模态形状5 退出ANSYS五结论六参考文献铆钉冲压应力分析一．问题描述为了考察铆钉在冲压时发生多大的变形，下面对铆钉进行分析。
铆钉圆柱高度为10mm,圆柱外径为6mm,内孔孔径为3 mm,下端球径为15mm,弹性模量为2.06E11，泊松比为0.3，铆钉模型如图应变应力/MPA 应变应力、MPA 0.003 618 0.011 15100.005 1128 0.02 16000.007 1317 0.2 16100.009 1466铆钉材料的应力应变关系二．建立模型1设定分析作业名和标题（1）设定分析作业名。
执行菜单中的File-Change Jobname命令，输入110223101作为数据库文件名，单击“Add”完成修改（2）设定标题。
执行菜单中的File- Change Tile输入110223101作为标题名，单击“OK”完成标题名指定（3）重显示图形。
Plot-Replot指令（4）设置过滤选项。
Preference-Structural-OK完成过滤设置2.定义单元类型在输入窗口输入命令ET,1，SOLID45，完成单元类型定义3.定义实常数本分析选用三维的SOLID45，不需设置实常数4.定义材料属性考虑到应力分析中必须定义材料的弹性模量和泊松比，塑性问题中必须定义材料的应力应变关系，具体操作步骤如下。
（1）定义弹性模量和泊松比。
执行菜单中的Preprocessor-Material Props- Material Model 命令，在弹出的的对话框依次选择Structural-Linear-Elastic-Isotropic 选项，在弹出的对话框输入EX为2.06e11,PRXY为0.3，单击OK 返回（2）在右侧的列表框选Structural-Nonlinear-elastic-multiliner 选项，在弹出的对话框，单击Add Point 增加材料关系点，输入铆钉材料的应力应变关系数据，单击Graph显示材料曲线关系，如图单击OK返回对话框，并关闭对话框5.建立实体模型(1）创建一个球体。
论铆钉铆接装配应力的分析和计算
论铆钉铆接装配应力的分析和计算黑龙江省哈尔滨市150000摘要：在机械工程受力分析开设的实际工作流程中，铆钉铆接装配方式的应用一直是相关人员关注的重点。
基于此，本文首先阐述了铆钉铆接装配应力的计算过程，详细论述了铆钉铆接装配应力数值的分析途径。
关键词：铆钉铆接；装配；应力；分析；计算在装配机械化生产对象的实际工作环节中，技术人员在铆钉铆接过程中产生的成形力与相应机械零件的制作材质、大小型号有着直接的内在联系。
只有技术人员灵活掌握铆钉铆接装配应力数值的实际核算模式，才能在采用正确分析路径前提下，实现铆钉铆接工作效率的快速提升，更好地保证机械装配对象的装配质量。
一、铆钉铆接过程研究意义铆钉是用于连接两个带通孔，一端有帽的零件(或构件)的钉形物件。
在铆接中，利用自身形变或过盈连接被铆接的零件。
铆钉种类很多，而且不拘形式。
铆接即铆钉连接，是利用轴向力将零件铆钉孔内钉杆墩粗并形成钉头，使多个零件相连接的方法。
装配过程是整个产品生产中的重要环节之一，装配过程中机械连接占了很大比重，机械连接效率在一定程度上决定了装配效率。
因此如何提高机械连接效率对提高装配、生产效率有着重大的意义。
铆钉铆接是一种常用的机械连接方法，广泛应用于零部件之间的连接中，由于焊接会降低一些材料焊接处材料强度，并产生焊接缺陷、变形、残余应力等问题，从而影响了制造精度，因此铆钉铆接有其它机械连接不可替代的优势，现已成为一种行之有效且不可或缺的连接方法。
然而结构破坏也常始于铆接的间隙配合处，在经历一定载荷次数后间隙配合处常发生疲劳破坏而失效，因此对铆接过程中的力学行为进行分析并预测出结构疲劳寿命，将会对提高结构的安全性能有着重要的意义。
由于上述原因，对铆钉铆接过程进行深入研究显得十分必要，研究结果对提高生产中的连接效率和使用寿命有着很好的指导作用。
二、铆钉铆接装配应力的计算过程1、铆钉铆接成形受力数值的计算。
技术人员可通过测量铆钉内部转载的实际直径、自身钉孔型号、相应铆钉板横截面厚度，准确测量装配中使用指定铆钉机械化生产零件时可能产生的应力数值。
冲模常见问题分析与对策-铆钉压铆FMEA
1).提高緊固件高度尺寸 (H1,H2,H3)集中度 2).降低緊固件工作部分外圓尺寸 (D1,D2,D3) 3).加大緊固件之厚度呎寸h1,h2 4).定期校驗檢驗設備 5).嚴格執行IQC規格 6).IQC規格必須充分驗證 7).對供應商樣品承認必須充分 8).對新供應商必須充分做好工程評估 9).定點采購或對供應商定期稽核
4).壓鉚之先后順序不合理,后工序可能導致壓鉚處變形
1).降低衝床型號、吨位 2).減小机床的速控比 3).降低調模深度
4).合理安排壓鉚之先后順序,避免已壓鉚處受力變形
材料和進料檢驗失效原因(范例示意圖)
1).緊固件高度尺寸 (H1,H2,H3) 離散性太大 2).緊固件工作部分外圓尺寸 (D1,D2,D3) 太大 3).緊固件之厚度呎寸h1,h2太小 4).檢驗方法不合理或檢驗設備已失效
1).加大預衝孔尺寸 d 2).加大板料厚度尺寸 H 3).降低板料硬度 4).加大緊固件工作部分之厚度呎寸h1,h2 5).加大緊固件壓入板料深度 h 6)加大緊固件頸部尺寸 R 7).減少緊固件外圓尺寸 D 8).減小緊固件高度呎寸H1,H2 9).提高緊固件硬度
h1
h2
7).緊固件外圓尺寸 D太大 8).緊固件高度呎寸H1,H2太大 9).緊固件硬度太軟
5).后工序模具結构不合理,導致壓鉚處受力變形 5).后工序模具結构設計好防呆裝置,避免已壓鉚處受力變形
6).凹模深度H太淺 7).凸模與凹模中心不重合,見圖1
6).加大凹模深度H 7).加強定位,確保凸凹模中心重合
制程設計失效原因
1).衝床型號、吨位設計太大 2).机床的速控比設計太大 3).調模深度太深
1).及時更換凹模定位銷 2).前制程設計整形工序 3).設計防呆裝置或自動報警裝置 4).設計防呆裝置或自動報警裝置 5).加強作業規范培訓 6).設計能自動監控壓鉚動作的報緊裝置 7).及時反饋制程中異常現象 8).加強品質意識教育培訓
应力状态例题(整合全部)
A
45
B
得：
q
2m
XA YA NB B
（2）选择等边角钢型号
N B 56.6 103 2 A 353 . 75 mm [ ] 160 106
查附录Ⅲ
A q
选择40 5角钢， 其横截面面积为379.1mm 2
拉伸与压缩/拉（压）时的强度计算 例题4 应力 图示结构，钢杆1：圆形截面，直径d=16 mm,许用
F
b
F
L
L
材料力学
剪切实用计算
解：剪切面如图所示。剪
F/2 F
切面面积为：
A Lb
由剪切强度条件：
剪切面
F/2
Fs F / 2 [ ] A Lb
由挤压强度条件：
F L 100mm 2b[ j ]
jy
Fb F /2 [ jy ] A jy b
材料力学
0.022 160 106
由平衡条件：
M
A
0
[ F ] AB [ FN ] ADsin
[ FN ] ADsin 50.24 1 0.75 / 0.752 1 12.06 kN [F ] 2 .5 AB
拉伸与压缩/轴向拉（压）时的变形 C 0.75m A 1m D D
[ ]1 150MPa ；杆2：方形截面，边长 a=100 mm, [ ]2 4.5MPa ,(1)当作用在B点的载荷 F=2 吨时，校核强 度；(2)求在B点处所 1.5m 能 承受的许用载荷。 B A 1 解： 一般步骤：
2m F 外力 内力 应力
2
C
利用强度条 件校核强度
铆钉铆接装配应力的分析和计算
而且取决于铆钉的直径大小 。
参考文献 :
[ 1 ] 成大先 ,王德夫 ,姜勇等 1 机械设计手册 (第三版) [ M ]1 北京 :化 学工业出版社 ,1994 1
[ 2 ] 郎月翠 ,张翠兰 1 液压铆钉机与风动铆钉机铆接强度的比较[J ]1 哈尔滨 :煤矿机械 ,1999 , (9) :27 - 29.
Abstract : The elastic2plastic deformation process is analyzed when t he rivet is riveted1 The force when t he rivet is riveted is calcu2 lated ,and t he radially distributed force on t he cylindrical surface ,and t he axially distributed force on t he ring2shaped area on t he plates too1 These analysis and calculations are helpful to engineering problems1At t he same time ,when we need calculations t hrough finite ele2 ment met hod to some riveted structure1 The met hod t hat we have given can solve t he problems of t he force boundary conditions1
[ 1 ] 王军 ,曹雪梅 ,周彦伟 ,杜发荣 1 不同齿根过渡曲线直齿圆柱齿轮 的三维造型[J ]1 矿山机械 ,2002 , (10) 1
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铆钉冲压应力分析
1.分析问题
为了研究铆钉在冲压时，发生多大的变形，对铆钉进行分析。
铆钉圆柱高：10mm；铆钉圆柱外径：6mm；铆钉圆柱内径：3mm
铆钉下端球径：15mm；弹性模量：2.06E11；泊松比：0.3
铆钉材料的应力应变关系：
2.建立模型
2.1设定分析作业名和标题
(1) File->Change Jobnome->在文本框中输入“maoding”->OK
(2) File->Change Title->在文本框中输入“plastic analysis of a part”->OK
(3) Plot->Replot
(4) Main Menu：Preferences->在Preferences for GUI Filtering对话框中选中“structural”->OK
2.2定义单元类型
Main Menu：Preprocessor->Element Type->Add/Edit/delete->在Element Types对话框中选中Add->在单元类型库对话框中选择Solid选项->选中Brick 8node 45->OK->Close
2.3定义材料属性
(1) Main Menu：Preprocessor->选择Material Props->选择Material Models->选择Structural->选择Linear->选择Elastic->选择Isotropic
(2) 在EX文本框中输入弹性模量2.06e11，在PRXY文本框中输入泊松比0.3
(3) 点击OK
(4) 依次点击Structural->选择Nonlinesr->选择Elastic->选择Multilinear elastic
(5) 点击Add Point，分别输入材料的关系点
（6）单击Graph->OK
(7) 在窗口中，选择Material->Edit
2.4建立实体模型
(1)Main Menu：Preprocessor->选择Modeling->选择Create->选择Volumes->选择Sphere->选择Solid Sphere
(2) 在文本框中输入X=0，Y=0,Radius=7.5->OK
(3) Workplace->选择Offset WP by Increments
(4) 在XY，YZ，ZX Angles文本框中输入0,90,0,->OK
(5) Main Menu：Preprocessor->选择Modeling->选择Operate->选择Booleans->选择Divide->选择Volu by wrkplane->选择球体->OK
(6) Main Menu：Preprocessor->选择Modeling->选择Delete->选择Volume and below->选择球体上半部分->OK
(7) Main Menu：Preprocessor->选择Modeling->选择Create->选择 Volumes->选择Cylinder->选择Solid cylinder
(8) 在文本框中输入WP X=0，WP Y=0,Radius=3,Depth=-10->OK
(9) Workplace->选择Offset WP to->选择XYZ Location+->在Global Cartesian文本框中输入0,10,0->OK
(10) Main Menu：Preprocessor->选择Modeling->选择Create->选择 Volumes->选择Cylinder->选择Solid cylinder
(11) 在文本框中输入WP X=0，WP Y=0,Radius=1.5,Depth=4->OK
(12) Main Menu：Preprocessor->选择Modeling->选择Operate->选择Booleans->选择Subtract->选择Volumes
(13) 拾取大圆柱体，单击Apply
(14) 拾取小圆柱体，单击OK
(15) Main Menu：Preprocessor->选择Modeling->选择Operate->选择Booleans->选择Add->选择Volumes->点击Pick All
(16) 点击“SAVE_DB”
2.5对铆钉划分网络
(1) Main Menu：Preprocessor-> Meshing-> Mesh Tool
(2) 选择Mesh域中的Volumes->单击Mesh->点击Pick
All->Close
3定义边界条件并求解
3.1施加位移边界
(1) Main Menu：Solution-> Define
Loads->Apply->Structural->Displacement-
>On Areas
(2) 选中下半球面，单击OK
(3) 选择All DOF，单击OK
3.2施加位移载荷并求解
(1) Main Menu：Solution-> Define Loads-> Apply-> Structural-> Displacement-> On Areas
(2) 选中上面圆环面，点击OK
(3) 选择UY->在Displacement value文
本框中输入3->单击OK
(4) Main Menu：Solution-> Analysis
Type-> Sol’n Controls
(5) 在窗口中选择All solution items，下
面的Frequency中选择Write every substep
(6) 在Time at end of loadstep处输入1->
在Number of substep处输入20->OK
(7) Main Menu：Solution->选择solve->选择Current LS->OK
4查看结果
4.1查看变形
(1) Main Menu：General Postproc->选择Plot Results->选择Contour Plot->Nodal Solu
(2) 点击DOF Solution->选择Y-component of displacement
(3) 在Undisplaced shape key处选择Deformed shape with undeformed edge->ok
4.2动态显示模态形状
(1) PlotCtrls->Animate->Mode Shape
(2) 选择DOF solution->选择Translation UY->OK
ANSYS将在图形窗口进行动画显示。
下图是动画的某一瞬间
5退出ANSYS
点击工具条上的QUIT，选择Save Everything，点击OK
6总结
本问题属于非线性分析，即材料的应力-应变关系是非线性的。
塑性是一种在某种给定载
荷下，材料产生永久变形的材料特性，对大多的工程材料来说，当其应力低于比例极限时，
应力-应变关系是现行的。
另外。
大多数材料在其应力低于屈服点时，表现为弹性行为，也就
是说，当移走载荷时，其应变也完全消失。
对于材料的屈服点和比例极限相差很小，因此在ansys程序中，假定它们相同。
在应力-应变的曲线中，低于屈服点的叫作弹性部分，超过屈服点的叫作塑性部分，也叫作应变强化
部分。
塑性分析中考虑了塑性区域的材料特性。
当材料中的应力超过屈服点时，塑性被激活，也就是有塑性应变发生。
尽管非线性分析比线性分析更加复杂，但处理过程基本相同，只是在非线性分析的适当
过程中，添加了需要考虑的非线性特性。
如本问题中，建模过程的定义材料属性时，应力-应
变数据必须依据真实应力和真实应变表示。