Ảnh hưởng của vật liệu tấm dưới đến chất lượng mối ghép bằng đinh tán tự đâm xuyên
23 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.109.2026.164-174Từ khóa:
Đinh tán tự đâm xuyên; Phân tích phân tử hữu hạn; Chất lượng mối ghép; Kim loại tấm; Vật liệu ảo.Tóm tắt
Đinh tán tự đâm xuyên (SPR) đã trở thành một phương pháp ghép nối quan trọng trong các kết cấu nhẹ nhưng yêu cầu độ bền cao, đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ. Nghiên cứu này tập trung đánh giá ảnh hưởng của độ bền tấm dưới đến chất lượng mối ghép SPR. Để đạt được mục tiêu đó, tấm trên được giữ cố định trong mọi trường hợp, trong khi tấm dưới được thay đổi với các vật liệu khác nhau (AA7075-F, AA2019, BA0270, Mat A và Mat B). Một mô hình phần tử hữu hạn trong Abaqus/Explicit được xây dựng nhằm mô phỏng quá trình ghép và phân tích chất lượng mối ghép. Các chỉ tiêu đánh giá chính bao gồm độ khóa liên kết, độ dày còn lại và vị trí đầu đinh tán. Kết quả cho thấy tấm dưới cần đạt một mức độ bền tối thiểu để hình thành mối ghép hoàn chỉnh. Tuy nhiên, khi tấm dưới quá cứng, sự kháng biến dạng quá lớn sẽ hạn chế quá trình loe chân đinh tán, làm giảm khả năng hình thành khóa liên kết mặc dù đinh tán vẫn xuyên qua được tấm trên.
Tài liệu tham khảo
[1]. Czerwinski, F., “Current Trends in Automotive Lightweighting Strategies and Materials”, Materials, Vol. 14, No. 21, Article 6631, (2021). DOI: https://doi.org/10.3390/ma14216631
[2]. Chrysanthou, A.; Sun, X., “Self-piercing Riveting: Properties, Processes and Applications”, Woodhead Publishing, (2014).
[3]. Li, D.; Chrysanthou, A.; Patel, I.; Williams, G., “Self-piercing riveting – a review”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 92, pp. 1777–1824, (2017). DOI: https://doi.org/10.1007/s00170-017-0156-x
[4]. Ang, H. Q., “An overview of self-piercing riveting process with focus on joint failures, corrosion issues and optimisation techniques”, Chinese Journal of Mechanical Engineering, Vol. 34, No. 1, Article 2, (2021). DOI: https://doi.org/10.1186/s10033-020-00526-3
[5]. He, X.; Pearson, I.; Young, K., “Self-pierce riveting for sheet materials: state of the art”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 199, No. 1–3, pp. 27–36, (2008). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2007.10.071
[6]. Karathanasopoulos, N.; Pandya, K. S.; Mohr, D., “An experimental and numerical investigation of the role of rivet and die design on the self-piercing riveting joint characteristics of aluminum and steel sheets”, Journal of Manufacturing Processes, Vol. 69, pp. 290–302, (2021). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2021.07.049
[7]. Yang, B.; Ma, Y.; Shan, H.; Niu, S.; Li, Y., “Friction self-piercing riveting (F-SPR) of aluminum alloy to magnesium alloy using a flat die”, Journal of Magnesium and Alloys, Vol. 10, No. 5, pp. 1207–1219, (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jma.2020.12.016
[8]. Abe, Y.; Kato, T.; Mori, K., “Joinability of aluminium alloy and mild steel sheets by self piercing rivet”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 177, No. 1–3, pp. 417–421, (2006). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.04.029
[9]. Hoang, N.-H.; Porcaro, R.; Langseth, M.; Hanssen, A.-G., “Self-piercing riveting connections using aluminium rivets”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 47, No. 3–4, pp. 427–439, (2010). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2009.10.009
[10]. Amer, M.; Shazly, M.; Mohamed, M.; Hegazy, A. A., “Ductile damage prediction of AA5754 sheet during cold forming condition”, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 34, pp. 4219–4228, (2020). DOI: https://doi.org/10.1007/s12206-020-0914-9
[11]. Bai, Y.; Wierzbicki, T., “Application of extended Mohr–Coulomb criterion to ductile fracture”, International Journal of Fracture, Vol. 161, No. 1, pp. 1–20, (2010). DOI: https://doi.org/10.1007/s10704-009-9422-8
[12]. Ji, H.; Ma, Z.; Huang, X.; Xiao, W.; Wang, B., “Damage evolution of 7075 aluminum alloy based on the Gurson–Tvergaard–Needleman model under high temperature conditions”, Journal of Materials Research and Technology, Vol. 16, pp. 398–415, (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.11.153
[13]. Otroshi, M.; Rossel, M.; Meschut, G., “Stress state dependent damage modeling of self-pierce riveting process simulation using GISSmo damage model”, Journal of Advanced Joining Processes, Vol. 1, Article 100015, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jajp.2020.100015
[14]. Rusia, A.; Weihe, S., “Development of an end-to-end simulation process chain for prediction of self-piercing riveting joint geometry and strength”, Journal of Manufacturing Processes, Vol. 57, pp. 519–532, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2020.07.004
[15]. Ma, Y.; Li, Y.; Hu, W.; Lou, M.; Lin, Z., “Modeling of friction self-piercing riveting of aluminum to magnesium”, Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 138, No. 6, Article 061007, (2016). DOI: https://doi.org/10.1115/1.4032085
[16]. Uhe, B.; Kuball, C.-M.; Merklein, M.; Meschut, G., “Improvement of a rivet geometry for the self-piercing riveting of high-strength steel and multi-material joints”, Production Engineering, Vol. 14, pp. 417–423, (2020). DOI: https://doi.org/10.1007/s11740-020-00973-w
[17]. Zhao, L.; He, X.; Xing, B.; Lu, Y.; Gu, F.; Ball, A., “Influence of sheet thickness on fatigue behavior and fretting of self-piercing riveted joints in aluminum alloy 5052”, Materials & Design, Vol. 87, pp. 1010–1017, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2015.08.121
[18]. Abe, Y.; Kato, T.; Mori, K., “Self-piercing riveting of high tensile strength steel and aluminium alloy sheets using conventional rivet and die”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 209, No. 8, pp. 3914–3922, (2009). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2008.09.007
[19]. Kim, C.; Min, K. M.; Choi, H.; Kim, H. J.; Lee, M.-G., “Development of analytical strength estimator for self-piercing rivet joints through observation of finite element simulations”, International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 202, Article 106499, (2021). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2021.106499
[20]. Mori, K.; Abe, Y.; Kato, T., “Self-pierce riveting of multiple steel and aluminium alloy sheets”, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 214, No. 10, pp. 2002–2008, (2014). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.09.007
[21]. Chung, C.-S.; Kim, H.-K., “Fatigue strength of self-piercing riveted joints in lap-shear specimens of aluminium and steel sheets”, Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures, Vol. 39, No. 9, pp. 1105–1114, (2016). DOI: https://doi.org/10.1111/ffe.12419
[22]. Mori, K.; Kato, T.; Abe, Y.; Ravshanbek, Y., “Plastic joining of ultra high strength steel and aluminium alloy sheets by self piercing rivet”, CIRP Annals, Vol. 55, No. 1, pp. 283–286, (2006). DOI: https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)60417-X
[23]. Mucha, J., “The failure mechanics analysis of the solid self-piercing riveting joints”, Engineering Failure Analysis, Vol. 47, pp. 77–88, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2014.10.008
[24]. Han, L.; Chrysanthou, A.; Young, K., “Mechanical behaviour of self-piercing riveted multi-layer joints under different specimen configurations”, Materials & Design, Vol. 28, No. 7, pp. 2024–2033, (2007). DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2006.06.015
[25]. Hönsch, F.; Domitner, J.; Sommitsch, C.; Götzinger, B., “Modeling the failure behavior of self-piercing riveting joints of 6xxx aluminum alloy”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 29, pp. 4888–4897, (2020). DOI: https://doi.org/10.1007/s11665-020-04894-8
[26]. Uhe, B.; Meschut, G., “Advanced self-piercing riveting of ultra-high-strength steel through rivets with modified material properties”, Journal of Manufacturing Processes, Vol. 125, pp. 354–363, (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2024.07.037
[27]. Pham, Q. T.; Kim, Y.-S., “Evaluation on flexibility of phenomenological hardening law for automotive sheet metals”, Metals, Vol. 12, No. 4, Article 578, (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/met12040578
[28]. Mohr, D.; Marcadet, S. J., “Micromechanically-motivated phenomenological Hosford–Coulomb model for predicting ductile fracture initiation at low stress triaxialities”, International Journal of Solids and Structures, Vol. 67, pp. 40–55, (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.02.024
[29]. Rusia, A.; Beck, M.; Weihe, S., “Simulation of self-piercing riveting process and joint failure with focus on material damage and failure modelling”, Proceedings of the 12th European LS-DYNA Conference, Koblenz, Germany, (2019).
