鈦合金鉚釘電磁鉚接變形機(jī)理研究

電磁鉚接是一種將電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使鉚釘發(fā)生塑性變形的新型鉚接方法，其鉚釘變形機(jī)理與普通鉚接不同。為了揭示鈦合金鉚釘變形機(jī)理，實(shí)現(xiàn)鈦合金和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接及大直徑鉚釘和難成形材料鉚釘?shù)某尚巍１卷?xiàng)目采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究方法，運(yùn)用宏觀與微觀分析相結(jié)合的手段進(jìn)行。建立了TA1鉚釘材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系；實(shí)現(xiàn)了電磁鉚接過(guò)程電磁場(chǎng)與鉚釘變形松散耦合的數(shù)值模擬；獲得了鉚釘動(dòng)態(tài)變形特性；研制了加載速率測(cè)試系統(tǒng)和低電壓鉚接原理樣機(jī)；掌握了各參數(shù)（電參數(shù)和工藝參數(shù)）對(duì)電磁場(chǎng)和鉚釘變形的影響規(guī)律；探索了不同加載方式下材料微觀組織的演變規(guī)律。研究結(jié)果表明：TA1為應(yīng)變速率和溫度敏感材料，隨著應(yīng)變率的增加，其屈服應(yīng)力增加。隨著溫度增加，其屈服應(yīng)力減小?？紤]應(yīng)變率和應(yīng)變歷史對(duì)變形的影響，建立了修正的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型。建立的松散耦合模型能有效地解決電磁鉚接動(dòng)態(tài)多場(chǎng)耦合問(wèn)題，利用該模型能系統(tǒng)地研究各參數(shù)對(duì)電磁場(chǎng)和鉚釘變形的影響，指導(dǎo)工藝試驗(yàn)。電磁鉚接動(dòng)態(tài)變形過(guò)程主要可分為整體自由鐓粗和局部自由鐓粗過(guò)程，鐓頭變形可分為難成形區(qū)、小變形區(qū)和大變形區(qū)。鉚釘變形的關(guān)鍵在于控制鐓頭材料的軸向和徑向流動(dòng)。在準(zhǔn)靜態(tài)條件下，TA1鉚釘以位錯(cuò)滑移的方式變形，其組織演化為晶粒碎化與動(dòng)態(tài)回復(fù)交替進(jìn)行的過(guò)程。在電磁鉚接條件下，TA1鉚釘以絕熱剪切的方式變形，絕熱剪切帶的演化過(guò)程為亞晶轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程。

電磁鉚接是一種通過(guò)將電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能使鉚釘發(fā)生塑性變形的新型鉚接方法，鉚接質(zhì)量穩(wěn)定，釘桿變形均勻，為鈦合金和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接及大直徑鉚釘和難成形材料鉚釘成形提供了一種先進(jìn)的連接技術(shù)。采用數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究方法，運(yùn)用宏觀與微觀分析相結(jié)合的手段，以TA1鉚釘為研究對(duì)象，建立鉚釘材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)電磁鉚接過(guò)程電磁場(chǎng)與鉚釘變形松散耦合的數(shù)值模擬，獲得鉚釘動(dòng)態(tài)變形特性；掌握各參數(shù)（電參數(shù)和工藝參數(shù)）對(duì)鉚釘變形的影響規(guī)律，給出確定鈦合金鉚釘加載速率范圍的方法；探索剪切帶微觀組織的演變規(guī)律，揭示TA1鉚釘電磁鉚接變形機(jī)理；優(yōu)化工藝參數(shù)，提高電磁鉚接質(zhì)量，為制定電磁鉚接工藝規(guī)范奠定基礎(chǔ)。本項(xiàng)目的實(shí)施將為鈦合金與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接的深入研究奠定堅(jiān)實(shí)的理論和試驗(yàn)基礎(chǔ)，對(duì)掌握電磁鉚接技術(shù)、實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的自主化不僅具有重要的學(xué)術(shù)意義，而且具有重要的經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略意義。