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铝合金无模无铆接头失效行为及力学性能研究

铝合金无模无铆接头失效行为及力学性能研究

作者：秦登林中南大学

学位级别：硕士

汽车产业的飞速发展在方便人们生活的同时也带来了环境污染和能源危机等负面问题。因此,以铝合金为代表的轻质合金材料越来越多地被应用在汽车制造中以实现汽车轻量化,进而减少燃油消耗和尾气排放。然而,铝合金的特殊物化属性给现有连... 详细信息

汽车产业的飞速发展在方便人们生活的同时也带来了环境污染和能源危机等负面问题。因此,以铝合金为代表的轻质合金材料越来越多地被应用在汽车制造中以实现汽车轻量化,进而减少燃油消耗和尾气排放。然而,铝合金的特殊物化属性给现有连接技术带来挑战。无铆连接技术利用板材自身塑性变形在板材间产生互相镶嵌的机械互锁结构,从而实现板材的可靠连接,具有效率高、成本低和轻量化效果明显的优点,正逐渐被汽车、家电等领域广泛应用。本文提出了一种新型无压边圈式无铆连接工艺——无模无铆连接工艺,它克服了传统无铆连接工艺模具结构复杂、冲头-底模对中要求高、底模易于磨损和底部凸起过高等不足。针对所提出的无模无铆连接工艺,通过数值模拟和实验研究的手段,对该工艺条件下的接头塑性变形行为、不同外载荷下的接头失效行为和连接条件对接头力学性能的影响规律开展了系统深入研究。基于板料单轴拉伸实验数据,建立了2 mm的AA5052-H32铝合金板材Swift-Voce组合硬化弹塑性模型,以此为材料数据在Abaqus仿真平台上建立了无模无铆接头成形过程有限元模型,并通过对比实验与仿真结果的接头截面形状、成形力-冲头位移曲线和接头关键几何参数验证其准确性。借助有限元模型,对无模无铆连接过程中板料的应力场、应变场和速度场的分布及演变规律进行分析,并对冲头直径、高度、圆角半径和拔模斜度4种冲头几何参数对接头成形过程的影响规律进行研究,结合成形后接头剖面材料的微观组织和显微硬度分布,系统揭示了无模无铆连接工艺过程中板料的塑性变形行为和上、下板材间“S”形机械互锁结构的形成机制。开展了2 mm AA5052-H32铝合金板材的无模无铆接头在十字拉伸和搭接-剪切下的失效实验,对破坏后的接头宏/微观断口进行分析,从实验角度揭示了接头的失效行为。编写了N-H剪切修正GTN子程序,建立了AA5052-H32铝合金板材的细观损伤模型。对成形后的2D轴对称无模无铆接头模型依次进行网格重划分、网格三维化、场变量映射等操作,进而建立起基于N-H剪切修正GTN细观损伤模型、消除大变形网格畸变和考虑材料硬化历史的无模无铆接头失效过程有限元模型,并利用该模型对接头的抗拉载荷和抗剪载荷进行预测和对接头在两种外载荷下的变形、损伤和破坏行为进行分析,从仿真角度揭示了接头的失效过程。开展了不同成形力、板材材质组合方式和板材厚度组合方式三种连接条件下的接头成形实验、剖面观测实验和力学性能测试实验,研究了它们对无模无铆接头的机械互锁结构参数和力学性能的影响规律,揭示了连接条件、接头机械互锁结构参数、接头失效模式和接头力学性能之间的内在联系和影响机制,为无模无铆连接工艺在实际应用中确立合适的成形力和合理的板材材质/厚度组合方式提供参考。图93幅,表8个,参考文献98篇

关键词：轻量化铝合金无模无铆连接塑性变形失效行为

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1600kN精压机工作机构的力学分析

塑性工程学报 2021年第5期28卷 53-61页

作者：陈超秦登林赵升吨高小雷李海君中南大学高性能复杂制造国家重点实验室湖南长沙410083 中南大学机电工程学院湖南长沙410083 中南大学轻合金研究院湖南长沙410083 西安交通大学机械学院陕西西安710049

建立了精压机工作机构的力学模型,包括各个连杆所受的轴向力和摩擦力。以本课题组设计的1600 k N精压机的技术参数为例,对精压机工作机构进行了惯性力分析和计算。分别求解了该工作机构在精压过程中水平方向和竖直方向上的惯性力,并提... 详细信息

建立了精压机工作机构的力学模型,包括各个连杆所受的轴向力和摩擦力。以本课题组设计的1600 k N精压机的技术参数为例,对精压机工作机构进行了惯性力分析和计算。分别求解了该工作机构在精压过程中水平方向和竖直方向上的惯性力,并提出了采用左右对称的双肘杆机构消除水平方向惯性力和采用滑块平衡器降低竖直方向惯性力的措施。对1600 k N精压机的工作机构进行了有限元分析,包括静力学分析和模态分析。求解了该精压机工作机构的等效应力分布、变形分布和前6阶固有频率,验证了该精压机工作机构的可靠性和安全性。

关键词：精压机工作机构力学模型惯性力分析有限元分析

Failure behavior and mechanical properties of novel dieless clinched joints with different sheet thickness ratios

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Journal of Central South University 2022年第9期29卷 3077-3087页

作者： QIN Deng-lin CHEN Chao Light Alloy Research Institute School of Mechanical and Electrical EngineeringCentral South UniversityChangsha 410083China State Key Laboratory of High Performance Complex Manufacturing(Central South University) Changsha 410083China

As one of the advanced and efficient means of joining,the clinching process is capable of joining sheets with different materials or different sheet *** this article,a novel modified clinching process,i.e.,the dieless clinching process,was executed to join AA6061 aluminum alloy with sheet thicknesses of 1.5,2.0,2.5 and 3.0 mm according to different sheet *** geometrical characteristics,microhardness distribution,failure behavior,static strength,absorbed energy and instantaneous stiffness of the novel dieless joint were gotten and *** results indicated that the sheet thickness ratio has a notable effect on the failure behavior and mechanical properties of the novel dieless clinched joint,and a relatively large sheet thickness ratio can improve the joint performance when joining sheets with different sheet thicknesses.

关键词： joining clinching process sheet thickness ratio failure behavior mechanical properties

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老旧小区绿化带停车装置的研究

内燃机与配件 2019年第11期 249-250页

作者：杨金沅秦登林周悦屈通赵科成都理工大学

针对老旧小区预留停车空间严重不足,停车难问题日趋严重的情况,通过调研,了解并分析国内外停车装置的特点,结合国内老旧小区具体情况,以充分利用住宅小区冗余空间、缓解停车难问题为目标,提出了一种新型的、不占用大量空间的Z字型侧向... 详细信息

针对老旧小区预留停车空间严重不足,停车难问题日趋严重的情况,通过调研,了解并分析国内外停车装置的特点,结合国内老旧小区具体情况,以充分利用住宅小区冗余空间、缓解停车难问题为目标,提出了一种新型的、不占用大量空间的Z字型侧向升降式停车装置的设计构想。

关键词：老旧小区绿化带停车 Z字型

基于尾流降阶模型的涡激振动俘能效率优化研究

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1391-1400页

作者：韩鹏黄桥高秦登辉潘光清华大学航天航空学院北京100084 西北工业大学航海学院西安710012 北京大学工学院北京100871

涡激振动(VIV)是一种典型的流固耦合(FSI)现象,除了在结构安全设计方面有重要意义外,近年来在流体动能俘获方向也展现出巨大潜力。该文采用一种基于尾流振子的低成本降阶模型(ROM),以及一种基于直接模拟的计算流体力学—流固耦合(CFD-F... 详细信息

涡激振动(VIV)是一种典型的流固耦合(FSI)现象,除了在结构安全设计方面有重要意义外,近年来在流体动能俘获方向也展现出巨大潜力。该文采用一种基于尾流振子的低成本降阶模型(ROM),以及一种基于直接模拟的计算流体力学—流固耦合(CFD-FSI)求解器,对圆柱VIV俘能效率的全局优化问题展开研究。通过ROM模型,得到了四组不同质量比和Reynolds数下的高分辨率俘能效率优化数据,其中优化参数为阻尼比和折合速度。将ROM模型的预测结果,与CFD-FSI的高保真模拟结果和已有研究中的实测数据进行对比,验证了ROM的有效性。该文发现了最优俘能效率点受到折合速度和质量—阻尼耦合参数的控制;另外,从ROM模型的内在关键参数推论出VIV俘能设备更适于在相应结构固定绕流升力系数更高的流动条件下工作,由此解释了高Reynolds数条件下VIV俘能效率更高的现象;此外,优化结果表明低质量比条件下的VIV俘能设备工作表现更优,由此证明海流能VIV俘能收益高于风能VIV收益。

关键词：流固耦合涡激振动流体动能俘获降阶模型

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侧向升降式停车装置对接机构的研究与设计

内燃机与配件 2019年第11期 94-95页

作者：秦登林邱杨鸿范正伟邹洛屈通成都理工大学

侧向升降式绿化带停车装置可以实现Z字型运动,运动不与下部空间干涉,其关键在于对接机构的设计。创新性设计一种利用活动插销、滑动机构的对接机构,实现装置载车板竖直升降与水平移动两种运动方式的转换,并完成对接机构的强度分析。

关键词：绿化带停车装置对接机构 Z子型活动插销

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侧向升降式绿化带停车装置的设计

现代工业经济和信息化 2019年第6期9卷 35-36,38页

作者：秦登林邹海锋范正伟邹洛欧方登成都理工大学

随着经济的发展,我国汽车保有量逐年递增,小区停车难问题也日益突出。在经过调研与分析后,设计出一款采用Z字型收缩方式的新型升降横移类停车装置,并通过三维仿真和样机模拟验证其功能。该装置先由升降机构将载车板移动到绿化带上部,之... 详细信息

随着经济的发展,我国汽车保有量逐年递增,小区停车难问题也日益突出。在经过调研与分析后,设计出一款采用Z字型收缩方式的新型升降横移类停车装置,并通过三维仿真和样机模拟验证其功能。该装置先由升降机构将载车板移动到绿化带上部,之后由对接机构实现载车板运动方向的转换,最后水平移动机构将载车板与支撑导轨移动到绿化带上方,实现了小区绿化带空间的再利用,一定程度上缓解小区停车难题。

关键词：停车绿化带升降横移 Z字型

流线型车头长度对400 km/h高速列车气动性能的影响（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2024年第7期 525-541页

作者：李念勋李田戴志远秦登张继业西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室

目的：通过对时速400 km/h、具有不同流线型车头长度的高速列车的空气动力性能进行数值模拟，分析其流线型长度对高速列车气动性能的影响，以期为高速列车的头型优化提供建议和参考。创新点：1.考虑空气的可压缩性，研究列车以时速400 k... 详细信息

目的：通过对时速400 km/h、具有不同流线型车头长度的高速列车的空气动力性能进行数值模拟，分析其流线型长度对高速列车气动性能的影响，以期为高速列车的头型优化提供建议和参考。创新点：1.考虑空气的可压缩性，研究列车以时速400 km/h运行时的气动性能；2.分析列车的气动力变化规律，得到适用于流线型长度在6.0 m到18.0 m之间的列车的气动力拟合公式。方法：1.通过将仿真结果与已有的风洞试验数据进行对比，验证数值模拟的可行性与准确性；2.将采用可压缩气体和不可压缩气体进行数值模拟的结果进行对比，验证采用可压缩气体进行数值仿真的准确性；3对列车的气动力、边界层及周围流场进行分析，得到流线型长度对列车气动性能的影响规律。结论：1.分别采用可压缩和不可压缩气体进行数值模拟，得到头车阻力相对误差为4.50%，验证了本研究中使用可压缩气体进行列车气动性能数值模拟的可行性和合理性。2.随着流线型长度的增大，头车和尾车的气动阻力都有所减小，且头车向下的力和尾车向上的升力均有所减小。3.当流线型长度从9.8 m减小到6.0 m时，列车的气动阻力增加了10.8%，且头车和尾车的升力分别增加了35.7%和75.5%；相反，当流线型长度从9.8 m增加到18.0m时，列车的气动阻力下降了16.5%，且头车和尾车升力分别下降了21.9%和49.7%。4.流线型长度和气动力之间的关系可以使用拟合公式来表示。

关键词：流线型车头长度高速列车空气动力学性能数值模拟流动结构

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中心传动管式吸泥机调试问题分析及解决方法

机电信息 2024年第5期 63-66页

作者：冯浩起秦登毅中建安装集团有限公司江苏南京210000

对在郑州新区污水处理厂二期二次沉淀池中心传动管式吸泥机的调试中遇到的胶条拖地、桁架两端不平、刮渣板卡顿、电动机轮轴承启动保护脱扣等问题进行探究,分析了问题出现的原因,并针对问题提出了旋转圆周面的测量方法,确定其轴心偏差度... 详细信息

对在郑州新区污水处理厂二期二次沉淀池中心传动管式吸泥机的调试中遇到的胶条拖地、桁架两端不平、刮渣板卡顿、电动机轮轴承启动保护脱扣等问题进行探究,分析了问题出现的原因,并针对问题提出了旋转圆周面的测量方法,确定其轴心偏差度,提供了相关解决措施,确保了后期运行顺畅。实践表明,整改后的吸泥机运行稳定,提高了二次沉淀水处理的合格率。

关键词：中心传动管式吸泥机调试吸泥管

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