內(nèi)容提要：十多年以來，諸如咬口連接和沖鉚這樣的成形連接工藝已是有限元計(jì)算的應(yīng)用對象。目前，例如開發(fā)半空心沖鉚連接的新的、復(fù)雜的幾何形狀，或者在需要進(jìn)一步開發(fā)如像咬口鉚接的連接工藝，以至于可以同粘結(jié)工藝進(jìn)行組合，對于這些技術(shù)的發(fā)展，有限元是作出了相當(dāng)?shù)呢暙I(xiàn)。 
         
        二十多年以來，車身已是廣泛采用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)了。模擬的目的旨在掌握加工過程和在不同類型負(fù)載的情況下識別應(yīng)變時(shí)的薄弱環(huán)節(jié)。在制造單個(gè)構(gòu)件時(shí)，就其加工過程來說，成形過程長期受到了重視。當(dāng)今，應(yīng)用于板料成形的諸如Autoform和Pam Stamp有限元軟件是不可缺少的，以便在對拉深模進(jìn)行昂貴的試驗(yàn)之前，就能對新結(jié)構(gòu)作出可行性評估，例如可能出現(xiàn)的收縮和起皺。十多年以來，諸如咬口連接和沖鉚這樣的成形連接工藝已是有限元計(jì)算的應(yīng)用對象。通過正要處理的三坐標(biāo)應(yīng)變狀態(tài)和變形狀態(tài)，可以把成形連接工藝列入實(shí)心成形工藝。所采用的如像Superform和Deform有限元軟件，除了用彈性力學(xué)理論來描述材料的特性外，并常常用來描述如像溫度影響和組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變等其他物理效應(yīng)，并廣泛應(yīng)用于擠壓工藝。就在世紀(jì)交替后，成形連接技術(shù)在虛擬技術(shù)的基礎(chǔ)上取得重要進(jìn)展。然而，特別是當(dāng)基于通過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行工藝開發(fā)是很費(fèi)錢——例如一個(gè)新的半空沖鉚幾何構(gòu)形的開發(fā)，就轉(zhuǎn)向采用有限元工具。這種趨向?qū)⒁暂^強(qiáng)的勢頭繼續(xù)下去，并強(qiáng)烈地激發(fā)著開發(fā)活力。
        
        沖鉚模具的幾何形狀影響到構(gòu)件的功能
        下面的三個(gè)實(shí)例表明，在不利用有限元的情況下，要解決問題或許是非常費(fèi)時(shí)和費(fèi)錢的。沖鉚模的幾何形狀對連接的質(zhì)量有很大的影響，并由此影響到構(gòu)件的功能。例如，寶馬集團(tuán)的汽車制造廠（bmw.de）,對鉚接的幾何形狀是有明確規(guī)定的，而規(guī)定沖鉚刃邊這樣的幾何形狀是比較困難的，因?yàn)樵跊_鉚時(shí)，生產(chǎn)技術(shù)上不可避免會出現(xiàn)尺寸公差。因此，就存在需要研討的問題，這樣的公差是否會影響到連接的質(zhì)量，例如影響到鉚接時(shí)的側(cè)凹或側(cè)凹的高度。
        在進(jìn)行實(shí)際研究時(shí)不可能只是影響一種參數(shù)，因?yàn)椋淖円环N參數(shù)會導(dǎo)致其他參數(shù)的變化。所以，例如具有不同刃邊和相同硬度的兩種鉚釘是很難制造出來的。在這里，而對于模擬技術(shù)就有明顯的優(yōu)點(diǎn)，要解決這種問題不存在什么困難，因?yàn)槿藗兛梢跃_地調(diào)節(jié)所選擇的參數(shù)。根據(jù)計(jì)算可以分析整個(gè)成形連接過程和弄清楚在較小鉚釘刃尖半徑情況下材料早期的機(jī)械分離過程。所計(jì)算得到的連接結(jié)構(gòu)能很好地反映（描繪）出通過試驗(yàn)所得到的結(jié)果。在這個(gè)基礎(chǔ)上就可以通過數(shù)字仿真，明顯以較快的速度來識別參數(shù)間的關(guān)系，不會出現(xiàn)在試驗(yàn)室里由工藝過程產(chǎn)生的公差問題，并擬訂出預(yù)標(biāo)準(zhǔn)。
        
        在脆性零件中的應(yīng)力只能通過有限元來分析
        眾所周知，生產(chǎn)技術(shù)上可以實(shí)現(xiàn)的刃邊幾何形狀同理想的半徑是有偏差的。對于一個(gè)半空心鉚接的多級成形來說，模具影響到在鉚釘?shù)撞可瞎ぜ牧系淖杂闪鲃印Ｒ虼耍匾暥嗉墰_擊、鉚接和連接負(fù)荷這樣的整個(gè)工藝過程是有意義的。因?yàn)椋跊_擊之后進(jìn)行的熱處理會大大地改變內(nèi)應(yīng)力和冷作硬化狀態(tài)。所以，生產(chǎn)和鉚接這道工序可分開進(jìn)行。當(dāng)要達(dá)到設(shè)定的工況時(shí)，除了要考慮幾何形狀外，還必須要考慮內(nèi)應(yīng)力和冷作硬化狀態(tài)，以便可以例如以3D模型預(yù)報(bào)剪切情況，這樣也就可以直接預(yù)報(bào)強(qiáng)度特征值和剛度特征值。
        對于半空心沖鉚，凹模的幾何形狀是一系列幾何形狀參數(shù)的合成體。在加工諸如鋁合金壓鑄件或鎂這樣的脆性材料時(shí)，一個(gè)重要的方面是拉應(yīng)力，這個(gè)拉應(yīng)力在連接過程中是在凹模的作用下在板件毛坯表面上由于局部的蠕變而產(chǎn)生的。
        要求造成較小的裂紋（例如基于較小的凹模深度）和較好的成形鉚釘連接（例如基于較深的凹模深度）常常是截然不同的要求。
        在連接過程中，掌控出現(xiàn)在脆性材料中的應(yīng)力只能通過有限元工具方可實(shí)現(xiàn)。采用支撐鉚釘主銷的凹模底部拱頂，以便為進(jìn)行不同的連接任務(wù)而簡化幾何形狀和以便多次利用凹模。因此，為進(jìn)行研究，這里僅僅采用了平頂?shù)捻斈！榱藢δM的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，往往需要通過試驗(yàn)的結(jié)果來進(jìn)行比較。其它的諸如鉚釘材料和板料坯件的應(yīng)力&mdash