CFRP电流辅助铆接的连接域热响应建模与验证

钛合金铆钉变形时易不均匀、易开裂,在碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)铆接过程中引入脉冲电流作用,软化铆钉并改善其塑性。研究了连接域内的热响应机制与温度场分布,基于能量守恒、焦耳热定律、热传导定律构建了静态焦耳热模型表征稳态换热铆接工况下的CFRP温度,考虑铆接过程电流波动、温度分布不均和热区域分散性建立了动态温度场模型预测铆接过程温升。结果表明:CFRP孔周一定辐射半径范围处温度与钉中心温度线性相关,模型准确模拟出了40s内的过程温度。静态模型在11%误差以内精准预测了中心饱和温度,动态模型模拟的温升趋势与实测温度值吻合较好。热量传递的滞后性使得动态模型对快速温升时的温度预测存在误差,该误差随电流密度变大而增加,最大达17.15%。接头损伤评估表明过程温度控制在150℃内时可获得质量合格的铆接接头。

CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析

为了提高钛合金铆钉与飞机碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)结构的连接性能,促进Ti45Nb铆钉在航空领域的广泛应用,将脉冲电流作用于压铆全程,从多方面研究了不同脉冲电流密度对CFRP铆接接头连接性能的影响规律。结果表明:脉冲电流对钛合金铆钉软化效果明显,在0~13A/mm^(2)范围内,随着电流密度的增加,压铆力逐渐减小、铆钉镦头直径/高度比和铆接干涉量逐渐增大;此外,不同电流密度对接头静拉伸强度影响不大。