[发明专利]一种铆钉连接区动态失效载荷的分析方法

说明书

一种铆钉连接区动态失效载荷的分析方法，步骤如下：通过设计狗骨试样，测定金属材料在准静态、动态载荷下的应力‑应变曲线，并转换为有效应力‑应变曲线；给定综合考虑应变强化效应、应变率效应及温度效应的Johnson‑Cook本构模型；建立铆钉连接区细节有限元模型得到铆钉连接区连接件动态拉脱失效载荷和挤压失效载荷给定铆钉材料的动态极限失效应力，得到铆钉自身的动态极限拉伸载荷及动态极限剪切载荷通过及铆钉削减系数K₁，最后得到铆钉连接区动态拉伸失效载荷及动态剪切失效载荷。本发明方法可以极大的缩短研发时间、减少研发费用、保证分析精度及其可靠度，实际工程应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及冲击动力学分析领域，具体地来讲是一种铆钉连接区动态失效载荷的定义方法。

背景技术

铆钉是紧固件的一种形式，主要作用为提供结构的连续性并传递连接件之间的载荷，由于应力集中等原因，连接部位通常是结构的薄弱环节，连接部位的破坏形式主要考虑铆钉拉伸破坏、铆钉剪切破坏、连接件拉脱破坏、连接件挤压破坏四类主要破坏形式。传统静力学理论忽略介质微元的惯性作用，而动态冲击载荷作用时间往往以毫秒甚至微秒计，必须考虑微元的惯性效应和流动效应，这也导致了铆钉及其连接区在承受静态载荷时表现出与承受冲击载荷时不一样的力学性能。针对铆钉自身及铆钉连接件在冲击载荷下的失效模式及失效载荷，目前只能通过铆钉动态试验获得，由于铆钉种类繁多、载荷作用形式复杂及加载速度范围大的原因，铆钉动态失效试验会花费大量的时间及经费。

发明内容

本发明的目的是针对现有方法的不足，提供一种可以通过试片级材料动态试验推导出可表征铆钉连接区在动态载荷下失效载荷，使其适用于多种铆钉失效本构模型。

为了实现上述目的，本发明创造采用的技术方案为：一种铆钉连接区动态失效载荷的分析方法，其特征在于，其步骤为：

1)通过设计狗骨试样，测定金属材料在准静态、动态载荷下的应力-应变曲线，得到分析模型所需的材料参数；通过试验给出材料动态应力-应变曲线，并转换为有效应力-应变曲线，用于进行分析；

2)结合试样级试验结果，拟合出表征应变强化效应、应变率效应及温度效应的材料Johnson-Cook本构模型；

3)建立铆钉连接区细节有限元模型，设此模型铆钉无失效，结合铆钉连接件Johnson-Cook本构模型，当铆钉连接区达到材料极限应力时，得到铆钉连接区连接件动态拉脱失效载荷

4)建立铆钉连接区细节有限元模型，此模型假设铆钉无失效，结合铆钉连接件Johnson-Cook本构模型，当铆钉连接区达到材料极限应力时，得到铆钉连接区连接件动态挤压失效载荷

5)结合试样级试验结果，给定铆钉材料的动态极限失效应力，通过下式得到铆钉自身的动态极限拉伸载荷及动态极限剪切载荷；

铆钉动态极限拉伸失效载荷；

铆钉动态极限剪切失效载荷；

铆钉材料动态极限拉伸失效应力；

铆钉材料动态极限剪切失效应力；

d：铆钉直径；

6)依据铆钉形式确定铆钉削减系数K₁；

7)根据铆钉连接区连接件动态拉脱失效载荷、铆钉自身的动态极限拉伸载荷及铆钉形式削减系数K₁确定铆钉连接区动态拉伸失效载荷；

铆钉连接区动态拉伸失效载荷；

8)根据铆钉连接区连接件动态挤压失效载荷和铆钉自身的动态极限剪切载荷确定铆钉连接区动态剪切失效载荷；