将超声振动引入到塑性成形中,能够改善金属材料的力学性能、降低成形载荷、提高变形能力、提升产品表面质量。目前超声振动辅助塑性成形在拉拔、弯曲、镦粗等工艺中得到了一定的应用,并取得良好效果。但到目前为止,对于超声振动辅助无铆钉铆接成形工艺的研究十分有限,引入超声振动后有望解决无铆钉铆接工艺中成形载荷大、接头尺寸参数匹配不佳等技术难题。因此,本文提出将超声振动引入到板材无铆钉铆接工艺,形成超声振动辅助无铆钉铆接工艺,以工业上应用广泛的AA5052铝合金为研究对象,采用数值模拟方法,研究板料在超声振动条件下无铆钉铆接接头的形成过程和超声作用,分析振动参数和模具参数对无铆钉铆接接头成形的影响规律,在此基础上应用响应面法和遗传算法开展参数优化,获得接头成形良好的变形条件。本文主要工作内容和结论如下:(1)建立了超声振动辅助无铆钉铆接有限元仿真模型,分析了施加超声振动条件下板料各区域的应力应变状态,对比了有、无超声振动辅助的无铆钉铆接过程中载荷和接头尺寸参数的变化,探讨了超声振动对接头成形的作用。结果表明,根据接头成形过程和载荷变化将铆接过程分为四个阶段:弹性变形阶段、自由胀形阶段、挤压变形阶段和互锁形成阶段。(2)通过改变超声振动辅助无铆钉铆接过程中的振幅、频率和激振方式,分析了接头成形过程中载荷以及应力、应变和速度场量的变化,研究了超声振动参数对接头几何尺寸的影响规律。结果表明,随着振动频率和振幅的升高,接头成形的最大载荷随之降低,接头的颈部厚度有所增加,但其互锁值相应下降。对有限元模拟结果分析表明,在振幅为6μm、频率为20kHz、全程施加超声振动时,能获得互锁值与颈部厚度相对差值较小的接头。(3)系统研究了铆接工具头半径、铆接工具头圆角半径、拔模斜度、凹槽半径、凹模深度以及凹模入口圆角半径对超声振动辅助无铆钉铆接接头成形的影响规律。有限元模拟结果表明,随工具头半径变大,接头互锁值与颈部厚度同时降低;随凹模入口圆角半径、凹槽半径、工具头圆角半径和拔模斜度变大,接头颈部厚度增大,互锁值则随之降低;随凹模深度的增大互锁值随之增加,颈部厚度随之减小。研究结果表明,模具参数对接头成形最大载荷的影响规律为:最大载荷随工具头半径以及工具头圆角半径的增大而减小,随拔模斜度增大而增大,随凹模深度以及凹槽半径增大先降低后升高,改变凹模入口圆角半径对最大载荷影响较小。(4)以互锁值和颈部厚度为目标函数,选取超声振幅、工具头圆角半径和工具头半径为待优化参数,通过中心复合试验设计、响应面法和遗传算法探究了超声振动无铆钉铆接最优工艺参数。利用响应面法获得的目标函数与设计变量之间的关系式,编写程序并利用Matlab软件进行优化求解,得到16组Pareto非劣解,通过满意度函数计算获得最优参数组合,经过圆整处理后的优选参数为:工具头圆角半径为0.3mm、工具头半径为2.8mm、超声振幅为6μm。