摘要：采用螺栓連接、實心鉚釘鉚接兩種連接方式對鋼板進行連接試驗。對實心鉚釘鉚接進行了有限元數(shù)值模擬，得 出合理的鉚釘卨度。對螺栓連接件與實心鉚釘鉚接件進行板料搭接及對接結(jié)構(gòu)拉伸強度測試，結(jié)果表明：螺栓連接件 的抗剪強度略大于實心鉚釘鉚接件的抗剪強度，螺栓連接件的抗剝離強度明顯大于實心鉚釘柳接件
國內(nèi)外有不少學(xué)者都對鉚接及螺栓連接的結(jié)構(gòu) 性能進行了研究：黃志超[1.2]介紹了各種連接技術(shù)的 工作原理及優(yōu)、缺點，采用Def0rm-2D有限元分析 軟件對實心鉚釘自沖鉚接工藝過程進行數(shù)值模擬， 分析了鉚接成形過程中板料斷裂損傷的分布以及發(fā) 展趨勢；馮曉旻等[3]利用有限元分析方法研究了鉚 釘和鉚接件在壓鉚過程中的受力和變形情況；劉平 等[4」提出將壓鉚過程劃分為5個階段，分析每個階 段的金屬流動方向和受力情況；王賢宙等㈨基于3 種典型鉚接結(jié)構(gòu)形式，提出了復(fù)雜工程分析問題中 存在大量鉚接裝配關(guān)系時的有限元建模方法；美國 托萊多大學(xué)的Li 8等[6」針對不同厚度板料的波普鉚 釘和半空心鉚釘對接件疲勞性能進行了對比試驗研 究；郁大照、尹益輝等[7%利用有限元數(shù)值模擬方法 模擬了螺接搭接件的載荷傳遞特性，計算分析了普 通三角形螺紋螺栓-螺母副在軸向力作用下的內(nèi)力、 應(yīng)力和變形規(guī)律；黎永鈞[9]、鐘國輝Ll°]對幾種高強
度螺栓進行靜拉伸試驗，測定其螺紋斷裂強度和斷 面收縮率，對靜拉伸載荷下的斷裂過程、方式和特 征進行宏觀和微觀觀測分析，并對一系列螺栓連接 的冷成形鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能進行了試驗和理論研究， 為冷成形鋼結(jié)構(gòu)性能設(shè)計提供了分析和設(shè)計方法。 Sanat Wagle等[11]利用超聲檢測技術(shù)對螺栓連接招 合金板料的微動疲勞損傷進行了研究。
本文主要通過試驗方法對實心鉚釘與螺栓單搭 接件及單對接件進行了研究，將實心鉚釘鉚接與螺 栓連接件連接強度進行了對比。
1連接試驗
1.1鉚釘高度的選擇
實心鉚釘鉚接是常用的裝配工藝之一。它的費 用要比用螺紋緊固件連接經(jīng)濟得多，裝配效率高， 而且很適于自動化。在鉚接過程中，鉚釘高度與孔 徑、板厚要有良好的匹配關(guān)系，厚板料可能會使長 鉚釘產(chǎn)生彎曲，鉚釘桿部太長也會產(chǎn)生彎折或彎曲， 致使頭部變形偏移，可能損壞鉚釘。另一方面，如 果鉚釘桿部太短，則頭部成形不完整或者損壞板料。 但是對于金屬板零件，桿徑與板料的厚度有關(guān)，鉚 釘直徑太大，頭部成形困難，鉚釘直徑太小，可能
彎曲，根據(jù)鉚接工藝要求，鉚釘鐓頭最終應(yīng)成鼓形, 喇叭形和馬蹄形都不符合要求。
鑒于實心鉚釘高度選擇對連接件性能的影響， 采用Deform-2D有限元軟件分別對直徑為6 mm, 鉚釘髙度為8, 10和12 mm的3種鉚釘鉚接成形過 程進行有限元數(shù)值模擬，通過數(shù)值模擬得出試驗所 需的最佳鉚釘高度。因模型軸對稱，所以本模型僅 模擬對稱中心一側(cè)的成形過程。
鉚釘材料在沖頭擠壓下形成鐓頭時，沖頭及凹 模的變形相對于鉚釘來說是非常小的，因此，沖頭 和凹模在模擬過程中均視為剛體，鉚釘和板料設(shè)為 塑性體。采用模具行程控制方式，模擬步長定義為 0.1 mm,沖頭下壓速度設(shè)為5 mm * s_1, 3種高度鉚 釘最終均形成2 mm高的鐓頭。利用直接迭代法對模 型進行求解，得到3種鉚釘最終成形如圖1所示。
分別取3次試驗中較接近平均值的曲線進行分 析，實心鉚釘、螺栓搭接件試驗（剪切試驗）的載 荷-行程曲線如圖3所示。
可以看出：壓翎]過程中鉚釘變形很大，當(dāng)鉚釘高 度A=8mm時，鐓頭直徑過小，這將對鉚接品質(zhì)造 成影響；當(dāng)鉚釘髙度10和12 mm時，鉚釘鐓頭 均成鼓形，鉚接效果較好。但由于在鉚釘根部存在應(yīng) 力集中，在成形過程中會出現(xiàn)折疊現(xiàn)象，并且鉚釘高 度愈髙，折疊現(xiàn)象愈嚴(yán)重，綜合考慮，本文選用高度 為10 mm的鉚釘進行試驗。
1.2試驗件
試驗件為厚度2 mm的ST12冷軋鋼板制作的搭接 件及對接件，搭接和對接布置形式及幾何尺寸如圖2 所示，搭接量為50 mm,板料預(yù)制孔均為直徑6 mm通 孔，螺檢和鉚釘材料均為SUS201,直徑均為6 mm。
2強度試驗分析
通過單向拉伸試驗來測量實心鉚釘鉚接和螺栓 連接的強度。單向拉伸試驗在SHIMADZU微機控 制電子萬能試驗機上進行，試驗機夾頭運動速度為 1 mm • min-1。首先，將板料按圖2所示尺寸鉆孔， 將對接件試驗所需的板料按圖示尺寸進行90°折彎，
圖3鉚釘、螺栓搭接件載荷-行程曲線 Fig. 3 Load-stroke curves of lap shear joints
可以看出，螺栓連接件的抗剪強度要略大于實 心鉚釘?shù)目辜魪姸?。在試驗起始階段，實心鉚釘連 接的載荷與位移近似成比例關(guān)系，此階段可看作是 材料的彈性變形階段，此曲線的斜率近似于材料的 彈性模量。而螺栓螺紋與預(yù)制孔之間為間隙配合， 在螺栓螺紋拉伸初始階段由于間隙的作用而出現(xiàn)一 小段稍平坦的曲線，而后迅速上升。實心鉚釘彈性 變形階段曲線的斜率比螺栓的要大，這主要是由于 實心鉚釘在鉚接過程中被鐓粗，與鉚釘孔有充分的
