无铆钉铆接接头的主要失效形式

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在无铆钉铆接完成并投入使用后，这种连接最终会在使用中发生破坏。在无铆钉铆
4 H  T& v' u, _. u1 O接连接的板件破坏试验中，以下几种失效形式通常会发生：(a)上、下板料铆接点被拉脱，
(b)铆接点颈部被剪断(c)上、下板料互相连接的圆桶形部分被压溃， (d)连接部位疲劳断
& ~; b6 j) A, f* h& x裂,(e)如果存在其它危险截面，疲劳破坏也可以不通过铆接接点(f)铆接接点也可能被剥
离破坏，即被铆接板料受到的等效力平行于铆接点轴心，但又和其轴心有一些距离，在
& ^6 H. K/ e6 K' O0 N5 m' F# j2 F这样的受力状态下铆接点就会剥离拉脱。很明显，在很多情况下，一个连接的失效是可
( g) d$ H& A2 ^' r, O) m能以上失效形式均或多或少发生造成的综合效应。
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. ^4 {: f) K) s1 W- b' v对于无铆钉铆接，由于其缺乏辅助机械紧固件导致了其特殊的失效形式，这种失效
- q1 B7 U! s! a% L的常见的主要是拉脱失效、剥离失效、剪切失效和疲劳失效。剪切失效主要是作用在上
8 J2 m/ G/ N3 c/ H* K  T% ]% ~下层板料的两个横向拉力造成上下层板料脱离，或者因为上板料在压入下板料时，上板
- _3 G! @/ \7 k* y4 w/ I3 v料由于拉深的作用，导致上板料减薄，在受到拉力时，铆接的连接部分可能断裂，其失
效形式见图2-5 所示。由于铆接点处上板料会减薄，即颈部厚度n 值减小，此处的横截
  h' i! @$ H+ N  \面面积最小，在拉伸时容易发生剪断。在铆接点底部的上、下板料都会减薄，在受到剪
* R- D; p2 Q# c切力时，此处底板容易出现难于支撑铆接圆柱的塌陷，而产生铆接点的变形，导致拉脱
现象。如果上、下板料在铆接点的径向嵌入过小，也容易发生拉脱现象。在受到剥离作
, j1 k; {# F! s0 N. Y用力时，铆接点还可能发生剥离失效。
不同厚度无铆钉铆接接头的疲劳失效有下面形式。疲劳裂纹的产生是由上、下板料
受力不在同一直线上，那么板料除了受到剪切力的作用外，还受到一个弯矩的作用，这
* Q! j+ R$ O- q' n导致在接近铆接接点边缘附近受到的疲劳应力较大，故疲劳易在此处萌生和扩展，而且
上下板件之间接触微动摩擦也造成微动磨损，这些微动磨损也造成裂纹易在上板靠近铆
  S0 u" \# _" X孔处萌生，然后沿一定的方向扩展到板件边缘,造成结构的整体失效，如图2-6（a）和（b）
所示。发生疲劳破坏的原因还有：在铆接接点上、下板料咬合的颈部在疲劳载荷的作用
: B% E$ j4 x( c1 k下，虽然疲劳载荷没有达到铆接材料的平均强度极限，即平常说得强度极限，但由于铆
接材料内部的成分肯定不会是完全一致和均匀的，凸模及凹模安装还可能出现不完全同
轴，模具局部的摩擦作用也不完全一致，而且因以上种种原因铆接接点的嵌合部分不会
: f, H1 B4 i/ T/ ?! w" O非常光滑，那么在疲劳载荷作用下可能在某个微观局部达到铆接材料的微观局部强度极
限，而发生疲劳裂纹的萌生和扩展。而且铆接时上、下板料相咬合的铆接接点颈部本身
" w5 x6 r+ n! c/ V可能由于材料内部在铆接时可能出现微裂纹或者较大裂纹，由于裂尖的弹性位移很小，
5 i: E7 F( ~3 h9 o0 [在载荷的作用下可能会进入屈服阶段，由于裂尖范围很小，那么塑性屈服范围也很小，
裂尖将接下来达到微观局部的材料强度极限，这就是发生疲劳裂纹的扩展。那么可能出
现在铆接接点出现剪切疲劳破坏，如图2-6（c）所示。或者在铆接接点处发生疲劳裂纹
后，上、下板料在载荷的作用下出现拉脱失效，如图2-6（d）所示。
无铆钉铆接接头也可能发生微动的疲劳破坏。对铝合金无铆钉铆接接头接触失效的
部位进行了观察和分析，发现铝合金无铆钉铆接头微动疲劳磨损至少包含2 个过程：(1)
深垦过程,板件之间较高的接触作用使得部分铝金属被刮离出基体形成游离碎屑,这些游
离碎屑在空气中马上被氧化形成黑色细腻的Al2O3 磨粒；(2)分层过程，板件之间的研磨
  D1 v. _  y7 T: P# `# b也会产生碎屑,这些碎屑与Al2O3 颗粒混合在一起因板件之间的运动而被带离接触表面,
& I, B. _2 v$ h: X: ?使得板件接触表面更加粗糙。其疲劳可能的情况类似下图，或者疲劳裂纹扩展后上、
下板料在铆接接点处剥离拉脱。
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