铝合金自穿孔铆接裂纹自动检测和评价及参数稳健性优化设计.pdf

中文摘要 摘 要 汽车轻量化技术作为节能减排的一个重要手段，受到越来越多的重视。而汽车 轻量化设计的一个重要途径就是使用铝合金等轻量化材料，在对这些轻量化材料 进行连接的过程中，相对于传统焊接，自穿孔铆接有着独特的优势，已经成为人们 研究轻量化材料的连接技术的重点内容。自穿孔铆接接头质量的好坏主要受接头 上表面裂纹情况和子午截面几何尺寸的影响。但是，目前人们对于自穿孔铆接接头 上表面裂纹的检测还停留在人工主观评价阶段，对接头质量受参数的影响的研究 也停留在定性分析阶段，在分析过程中也较少考虑参数不确定性波动的影响。基于 此，本文通过图像处理和机器学习技术对自穿孔铆接接头上表面裂纹进行自动识 别和评价，并建立自穿孔铆接有限元模型，分析不同参数对接头质量的影响灵敏度， 对影响较大的参数进行多目标稳健性优化设计。 首先对自穿孔铆接的成形过程和裂纹产生原因进行分析，对接头上表面裂纹 区域进行裁剪和图像预处理，将处理后的图像作为训练样本，建立裂纹判断网络模 型和裂纹分类网络模型，使用网络模型对上表面裂纹进行自动有哪些信誉好的足球投注网站和检测，并根据 检测结果对裂纹质量进行评价。 其次，建立了铝合金AA6111 T4 和低合金高强度 钢HSLA 340 的异种材料自穿孔铆接有限元模型，选取模型中 15 个设计变量进行 参数组合设计试验，分析不同参数对接头自锁量，最大底部厚度和上表面最大冲压 力的影响，得出凹模高度，凹模半径，铆钉长度，铆钉材料切线模量，铆钉材料屈 服极限五个参数对其影响最大。 最后，根据灵敏度分析结果，对铆接过程进行多目标稳健性优化设计。以凹模 高度，凹模半径，铆钉长度为设计变量，铆钉材料切线模量和屈服极限为噪声干扰， 上表面最大冲压力为约束，接头自锁量，底部厚度最大为优化目标，通过建立自穿 孔铆接近似模型，得到该优化目标下的 Pareto 最优解，通过近似模型和有限元模 型的对比验证了近似模型的可用性，通过优化设计方案和原始方案的对比验证了 优化结果的有效性。 关键词： 自穿孔铆接；裂纹自动识别；灵敏度分析；多目标优化；稳健性优化 I 英文摘要 ABSTRACT As an important way for energy-saving, automobile lightweight has drawn more attention from researchers. It’s a suitable way to realize the lightweight design by using the lightweight materials such as Aluminum alloy and so on. In the process of lightweight materials connection, self-piercing riveting has greater performance than traditional welding, which has been more focused in lightweight research. The quality of self- piercing riveted is mainly affected by cracks on the rivet button and the geometrical parameters of meridian section. However, current rivet button crack detection and evaluation is a manual process, which is subjective and time-consuming, and lack of qualitative analysis of parametric