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40 s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。     

铆模倾角对铆接质量的影响研究

 电磁铆接(EMR)作为一种新的铆接工艺方法,可以使铆钉在铆模型腔内一次完成镦头成形。为了研究铆模构型对EMR质量的影响,通过数值模拟和试验对不同倾角铆模铆接的铆钉镦头、干涉量和残余压应力进行了研究分析。设计疲劳试验对不同倾角铆模铆接的试件进行验证和分析。研究结果表明:铆模倾角对干涉量有较大影响,倾角越小,干涉量越大;采用66°铆模倾角可以实现较理想的干涉配合,接头疲劳寿命最长。     

复合材料斜面压铆和锤铆铆接质量对比分析

通过试验对复合材料斜面机器压铆和手工锤铆两种铆接方法的质量进行评估。评估内容主要包括铆钉的外观质量、复材铆接件的外观质量、无损检测和力学性能测试4个部分。结果表明:压铆的铆钉比复材铆接件的外观质量更好,受人为因素影响小;在无损检测后,压铆后的复材铆接件没有出现分层现象;在力学性能测试部分,压铆的铆接强度优于锤铆的铆接强度。可见在复合材料铆钉中压铆更具有实用性和适用性。     

钛合金铆钉热铆一次合格率提升方法研究

针对现有钛合金铆钉热铆存在的镦头成型不足、镦头表面灼伤、钉头现灰黄色氧化层等问题,分析得出其主要原因是铆接加热时间未精确控制和铆接过程带电,提出了一种钛合金铆钉热铆系统优化方法,基于PLC实现加热时间参数化控制和铆接自动断电功能,通过铆钉加热试验获得多组铆钉温度和对应加热时间数据,采用牛顿插值法得到铆钉加热至目标温度时所需加热时间,形成一套针对不同长度和直径铆钉的热铆工艺参数,最后通过热铆试验确定钛合金铆钉热铆一次合格率获得大幅提升。     

碳纤维增强树脂基复合材料与金属材料的胶接及混合连接技术研究进展

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)与金属材料的先进连接技术(胶接、胶铆与胶螺连接工艺)广泛应用于国防工业、航空航天等重要领域。与传统的铆接、焊接等连接方式不同,胶接与胶铆、胶螺混合连接可克服传统接头应力集中、抗疲劳性能差等问题。从纯胶接的粘接机理、工艺与环境影响因素等方面梳理了CFRP与金属材料胶接接头的基本特征,并结合目前最新的国内外研究进展进一步对胶铆、胶螺混合连接的工艺流程、损伤失效模式、载荷传递路径与工艺影响规律等进行了分析与总结,为CFRP与金属材料的连接应用提供参考。     

直升机密封铆接技术

近年来,军用直升机性能不断提高,对直升机平台提出了更高的密封性要求。因此,作为连接技术中最可靠的铆接工艺成为了航空制造业的关注点之一。所谓密封铆接是一种在铆缝处填加密封胶、钉、孔进行过盈配合,使铆缝具有密封性,增加疲劳强度、增加防腐蚀功能的铆接方法。1干涉密封干涉密封铆接是一种过盈配合铆接。这种铆接的原理是:在铆钉与钉杆之间存在一定的干涉量,从而在孔周围引起适量的残余压应力场,当铆接接头承受外界交变载荷时,该残余压应力场使孔边实际所受的应力     

几种金属材料自冲铆接头的静态失效机理

利用自冲铆连接系统、材料试验机及扫描电子显微镜等设备来研究钛合金、铝锂合金及铝合金自冲铆接头的力学性能与静态失效机理。结果表明:TA1钛合金接头平均最大拉剪载荷(6 285.0 N)在3种接头中最大,8090铝锂合金接头(5 478.3 N)次之,5052铝合金接头(3 217.7 N)最小;不同金属材料自冲铆接头的静态失效模式有很大的区别,TA1钛合金接头出现铆钉从沿晶断裂向韧性断裂转变的失效过程,8090铝锂合金接头出现材料被擦伤与解理断裂的失效过程,5052铝合金接头仅出现材料被擦伤的失效过程。     

超声振动对钛合金铆钉压铆力的影响

针对钛合金和大直径铆钉铆接困难的问题,在压铆工艺上引入超声振动激励装置。以NAS1097U5-6钛合金铆钉为对象,采用试验与仿真结合的分析手段。研究表明:超声振动技术能有效降低铆钉材料变形抗力20%,并随着振幅的增加其降低效果更明显,且未改变材料性能;通过仿真与试验数据的对比,认定了仿真分析手段的有效性,为后续超声振动辅助铆接工艺参数仿真研究奠定基础。     

2A12-T4铝合金自冲摩擦铆焊接头力学行为研究

针对干涉配合铆接中预制孔工序带来的连接效率等问题,采用自冲摩擦铆焊(F-SPR)工艺,通过半空心铆钉高速旋转产生摩擦热软化铝合金,在无预制孔条件下获得机械-固相复合连接接头。根据接头成形质量确定F-SPR工艺合适的转换深度,分析了典型接头的微观组织特征,研究了进给速度对接头宏观形貌、硬度分布及力学性能的影响规律。试验结果表明,转换深度为3.5 mm时可消除多余物、间隙、张开不足及裂纹等缺陷,实现铆钉与板材紧密连接;进给速度主要通过影响接头中母材硬度,进而影响接头拉剪及正拉力学行为。F-SPR工艺接头的拉剪强度约为2A12-T4铝合金母材抗拉强度的80%,相比于电磁铆接及自动压铆工艺具有较大优势。     

自冲铆连接工艺数值模拟及优化研究进展

自冲铆接技术作为新型连接技术,在薄板材料的连接中具有优异的连接性能。其接头质量受连接的可行性和连接参数的影响,而接头质量主要由接头的力学性能来表征,因此接头的质量和力学性能已成为目前自冲铆技术的主要研究方向。随着数值模拟技术的发展,它在自冲铆连接技术上的应用成为一种研究趋势。对近年来自冲铆数值模拟技术的发展进行系统阐述,从自冲铆接头成形质量的数值模拟技术出发,对自冲铆数值模型建立、自冲铆影响因素研究、数值模型优化和数值预测模型4个方面进行说明,综述了材料连接的可行性和连接参数对接头性能的影响,对接头力学性能进行模拟,并对接头力学强度和疲劳寿命进行预测,为自冲铆工艺的研究和发展提供新的方向。     

基于DEFORM-3D的自封铆接工艺研究

铆接工艺参数对自封铆接干涉量产生重要影响。采用有限元仿真软件DEFORM-3D,以2117-T4材料、直径4mm的半圆头自封铆钉及2024-T3材料的铝板为研究对象,分析自封铆接的3个主要工艺参数钉孔直径、顶铁形状及压铆力对铆接质量的影响。仿真结果表明,钉孔直径范围在4.01~4.02mm,采用凹槽顶铁及较大的压铆力会增加铆接干涉量,提高铆接件的密封性能。     

铆钉数量及间距对自冲铆接头性能的影响北大核心CSCD

为研究铆钉数量及铆钉间距对自冲铆接头性能的影响,首先采用数值模拟和试验的方式优化了铆接参数,制备了三组不同形式接头;基于拉伸-剪切实验研究了各组接头的静力学性能及其失效形式;并运用MATLAB 2014b用户自定义开发平台精确计算出各组接头的能量吸收值。结果表明:数值模拟结果与实验具有良好的一致性;单铆钉接头失效形式为铆钉从下板完全拉出,双铆钉接头失效形式为板材断裂失效;双铆钉接头性能明显优于单铆钉接头,而铆钉间距对接头静失效载荷和能量吸收性能的影响较小。     

铆钉数量及间距对自冲铆接头性能的影响

为研究铆钉数量及铆钉间距对自冲铆接头性能的影响,首先采用数值模拟和试验的方式优化了铆接参数,制备了三组不同形式接头;基于拉伸-剪切实验研究了各组接头的静力学性能及其失效形式;并运用MATLAB 2014b用户自定义开发平台精确计算出各组接头的能量吸收值。结果表明:数值模拟结果与实验具有良好的一致性;单铆钉接头失效形式为铆钉从下板完全拉出,双铆钉接头失效形式为板材断裂失效;双铆钉接头性能明显优于单铆钉接头,而铆钉间距对接头静失效载荷和能量吸收性能的影响较小。     

1420 铝锂合金同种异种自冲铆单搭接头力学性能

为探究1420铝锂合金自冲铆接头的力学性能,本文采用自冲铆连接设备对1420铝锂合金(AL1420)同种及其与铜合金(H62)异种板材组合进行铆接,并通过拉伸-剪切试验测试接头的力学性能,运用SPSS数据分析软件对接头的最大载荷和最大位移量进行分析。结果表明:AL1420-AL1420和AL1420-H62两种接头的失效形式皆为铆钉从下板拉脱,铆钉头与上板接触区域出现不同程度撕裂;H62-AL1420接头除铆钉从下板拉脱,铆钉头与下板接触区域仅出现凹陷。AL1420-AL1420接头最大载荷最高(6 026.8 N),能量吸收性能最好(16.84 J)。对于异种板材组合,H62-AL1420接头的最大载荷(5 304.0 N)大于AL1420-H62接头(5 229.3 N),AL1420-H62接头的能量吸收值(16.79 J)大于H62-AL1420接头(15.08 J),异种板材铆接时则优先采用能量吸收性能较好的AL1420-H62搭接形式。     

基于仿真分析的压铆力预测模型

铆接是飞机结构机械连接的主要方式,压铆力作为影响铆接质量的重要因素,传统的计算方法通常是建立在体积不变的假设之上,且不考虑钉杆材料被压入钉孔部分的体积,导致模型误差较大。为此,依据仿真分析结果和铆钉材料的流动趋势,引入体积缩减系数来描述钉杆被压入钉孔部分的体积,建立压铆力预测模型,并与已有的试验数据进行对比,结果表明计算值与试验值的一致性较好,该模型可以用来预测铆接过程中压铆力的大小。     

一种轻巧的压铆钳

我厂自制的一种双级杠杆式压铆钳,适用于不开敞部位的铆接,尤其适宜于无压缩空气、铆钉数量不多、铆钉直径不大(3毫米)的情况下使用。在生产上使用结果,效果良好。 1.技术性能压铆力 950公斤可压铝铆钉规格φ3×14毫米     

电磁铆接技术的发展、设备研制及应用探讨

电磁铆接能形成较均匀干涉配合连接,可以有效地施铆钛、不锈钢等强度高、屈强比高、对应变率敏感的难成形材料铆钉,形成良好的连接。对于大直径铆钉或厚夹层结构,应用电磁铆接也可以实现良好的干涉配合铆接。结合自动化,电磁铆接还可以用于现代飞机金属和复合材料结构的镦铆型环槽钉的自动化安装。     

铆模锥度对无头铆钉成型质量影响分析

采用ABAQUS建立了有限元分析模型,对比分析了平铆模和锥形铆模两种铆接方式下铆钉的成形质量。研究结果表明,采用锥形铆模铆接后,钉杆的干涉量增大,提高了结构件的连接可靠性,为无头铆钉在运载火箭舱段装配中的应用提供了依据。     

钛合金结构干涉配合铆接工艺研究

为提高某型机结构寿命,针对目前钛合金结构采用普通铆接方法的现状,提出对钛合金结构采用干涉配合铆接工艺。采用普通锤铆研究了不同直径铆钉外伸量和钉孔间隙等工艺参数与干涉量关系,得出φ3.5和φ4钛铌铆钉的最佳钉孔间隙均为(0.08±0.02)mm,以及在该间隙下合适的外伸量为(1.2~1.3)d。试验结果表明在该工艺参数下得到较理想干涉量为0.8%~1.0%且铆接质量良好。     

铆接变形及其有限元分析

采用理论分析和数值分析相结合的方式,系统地分析了压铆过程应力应变情况;将压铆过程划分为5个阶段,分析每个阶段的金属流动和受力情况;借助于ANSYS/LS-DYNA模拟压铆过程,得到铆钉和铆接件的应力应变分布情况和变化规律.