基于有限元模拟和 XGBoost 算法的自冲铆接接头十字剥离强度的预测 | CJME论文推荐

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引用论文

Jianping Lin, Chengwei Qi, Hailang Wan, et al. Prediction of Cross-Tension Strength of Self-Piercing Riveted Joints Using Finite Element Simulation and XGBoost Algorithm. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2021 34: 36.

研究背景及目的

试验方法

本文以厚度为1.1mm的CR590钢材，厚度为1.2mm的GMW-S-6000-IH及厚度为2mm 的AA6022-T4两种铝合金材料为研究对象，在万能试验机MTS E45.105上进行材料力学性能实验，获取材料的力学性能用于有限元仿真。

自冲铆接实验在伺服锁铆铆接设备ESPR-80上进行，通过伺服电机铆接速度为1mm/s，通过力传感器控制铆接终止力为50kN。通过激光切割加工板材试样，进行自冲铆接试样的制作，通过金相切割机及Keyence VHX-6000数字显微系统获取接头剖面形貌并通过剥离实验夹具在万能试验机MTS E45.105上进行十字剥离实验，剥离速度设置为10mm/min，获取接头剥离强度。

结果

(1) 通过Simufact forming软件实现自冲铆接过程及接头十字剥离强度测试力学性能联合仿真，其中铆接过程仿真获取的剖面几何形貌与实验一致，力学性能测试仿真获取的接头剥离强度与实验一致，仿真具有一定准确性，能够获取文中钢/铝组合接头的十字剥离强度。有限元仿可以作为获取接头剖面尺寸数据及自冲铆接接头强度数据的有效手段。

(2) XGBoost算法能够有效实现从基板材料参数到自冲铆接接头剥离强度的回归预测。

结论

（1）考虑铆接过程对被连接材料及铆钉产生的硬化现象的有限元模型能够较好模拟接头十字剥离强度测试过程。

（2）通过实验标定有限元模型，利用有限元手段获得自冲铆接接头强度数据，使用XGBoost算法进行回归预测，能够实现自冲铆接接头强度的有效预测。

前景与应用

铝合金作为一种轻量化材料已经广泛应用于汽车行业，钢/铝混合车身结构日益增多，其连接强度对车身结构强度起到关键作用。本文了提出一种对钢/铝自冲铆接接头强度的预测方法，能够为自冲铆接工艺在车身上的应用提供一定的指导。

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团队带头人介绍

林建平教授，博士，博士生导师，多个SCI国际期刊的评审专家。承担国家、上海市、企业的攻关项目和重大项目100多项，获多项科技进步奖、国家教学成果一等奖、优秀教师奖以及优秀博士生论文指导教师奖。申请国家专利26项，在国内外相关杂志上发表论文300多篇，其中SCI/EI检索170多篇。团队主要研究方向有：车辆轻量化设计制造技术、现代成形技术、轻量化材料连接技术。

作者介绍

闵峻英教授，洪堡学者，博士，博士生导师。入选海外高层次人才引进计划青年项目，国际生产工程学会CIRP青年会员（2015年至今），AutomotiveInnovation客座主编/编委，中国汽车轻量化技术创新战略联盟专家，中国模具工业协会汽车车身模具与装备委员会副主任，十余种SCI国际期刊的评审专家，发表SCI论文60多篇。团队主要研究方向有：先进成形制造技术、塑性成形力学与先进表征技术、先进连接技术等。

近两年团队发表文章

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编辑：金程   校对：张彤