Ti45Nb铆钉脉冲电流辅助压铆成形性能分析

为改善Ti45Nb铆钉紧固飞机碳纤维增强复合材料(CFRP)结构时的连接性能,拓宽普通铆钉的适用紧固范围,降低铆接成本,提高连接强度,引入了脉冲电流来辅助压铆。设计了电流前处理辅助铆接试验和同步电流处理辅助铆接试验,围绕两种新工艺及其与常规铆接工艺之间的紧固质量与特性展开了对比研究。测试了不同工艺下铆钉截面的典型硬度,对比观测了铆钉不同区域的微观金相与组织成分,分析了电流导致微观组织差异及元素成分区别的原因,最后评估了不同接头的拉伸强度与破坏行为,测试结果验证了电流辅助铆接工艺的有效性与可行性。

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。