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使用轻质高强度材料替代传统钢材可实现汽车轻量化的目标。磁脉冲压接技术是一种可靠的通过塑形变形实现连接的技术,尤其适用于异种材料管管连接。传统的磁脉冲压接在大直径管件连接或者多直径管系连接时,需要使用与管件直径匹配的线圈和集磁器,或者制造不同直径的多个集磁器,不但增加了制造成本,并且使连接工艺变得复杂,降低了生产效率。本文提出基于平板线圈进行磁脉冲压接的新方法,并通过数值模拟,工艺试验,力学性能试验与微观分析相结合的手段,对6061铝合金-45钢扭转接头进行系统研究。主要研究内容如下: 首先使用BEM与FEM相结合的方法建立磁脉冲压接数值仿真模型,分析压接过程中外管电磁场与结构场的特性。使用单一变量法探究不同凹槽深度,凹槽边界圆角,放电能量对外管变形程度及内外管贴模性的影响。结果表明,外管的感应涡流与电磁力关于线圈的轴对称面呈对称分布。外管上的电流密度沿壁厚方向逐渐变小,其中靠近线圈一侧的单元上电流密度较大。在连接区域内,外管在凹槽中心位置处受到的电磁力最大,对应的变形量也最大;在非连接区域内,外管不发生变形,其自由端在靠近凹槽的位置上受到的电磁力最大,且电磁力沿远离凹槽的方向逐渐减小。非连接区域内电磁力的最大值大于连接区域内电磁力的最大值。外管的变形在径向截面上关于凹槽中线对称,在轴向截面上呈现中间大两边小的特征。外管的嵌入率和贴合率与放电能量和凹槽边界圆角呈正相关,而与凹槽深度呈负相关。当外管的嵌入率达到80%左右时,外管内壁开始接触凹槽底部,而后随着外管嵌入率的进一步增大,内外管贴合率呈快速增大的趋势,从而内外管的贴模性越好。 其次结合数值仿真的分析结果,进行了不同凹槽深度,凹槽边界圆角,放电能量和凹槽数目下扭转接头的压接工艺试验,并对压接后的接头进行扭转试验。结果表明,接头的失效模式分为外管被扭出和外管母材失效两种失效模式。接头的单槽强度与放电能量和凹槽深度呈正相关,而与凹槽边界圆角呈负相关。当放电能量为16kJ,凹槽深度为3mm,凹槽边界圆角为0mm时,接头的单槽强度最大,达到了外管母材强度的27.53%;而当放电能量为14kJ,凹槽深度为1mm,凹槽边界圆角为0mm时,接头的单槽扭转强度最小,达到了外管母材强度的11.41%。凹槽数目的增加几乎不改变接头的单槽强度,但使接头的整体强度增加。 最后对外管不同位置上的变形、剪切与局部颈缩进行宏、微观分析。随后结合仿真与力学试验的结果,揭示接头失效机理。结果表明,外管的实际变形量与数值仿真的结果吻合较好。外管的剪切率总是大于局部颈缩率。且外管的变形量越大,剪切与颈缩的程度也越明显,剪切率与局部颈缩率之间的差值也越大。这是由于在剪切与局部颈缩区域上,外管材料发生了严重的塑性变形,且剪切区域上晶粒被拉长的程度要远高于局部颈缩区域。当放电能量过大时,外管在局部颈缩区域上会出现裂纹缺陷。研究失效机理发现,在失效模式均为外管被扭出的情况下,接头的单槽扭转强度与外管的剪切率和变形角呈正相关,与内外管在扭转失效前后的相对转角呈负相关。