鈦合金鉚釘電磁鉚接變形機理研究

電磁鉚接是一種將電磁能轉(zhuǎn)化為機械能使鉚釘發(fā)生塑性變形的新型鉚接方法，其鉚釘變形機理與普通鉚接不同。為了揭示鈦合金鉚釘變形機理，實現(xiàn)鈦合金和復合材料結(jié)構(gòu)連接及大直徑鉚釘和難成形材料鉚釘?shù)某尚巍１卷椖坎捎脭?shù)值模擬與試驗研究方法，運用宏觀與微觀分析相結(jié)合的手段進行。建立了TA1鉚釘材料動態(tài)本構(gòu)關(guān)系；實現(xiàn)了電磁鉚接過程電磁場與鉚釘變形松散耦合的數(shù)值模擬；獲得了鉚釘動態(tài)變形特性；研制了加載速率測試系統(tǒng)和低電壓鉚接原理樣機；掌握了各參數(shù)（電參數(shù)和工藝參數(shù)）對電磁場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為應變速率和溫度敏感材料，隨著應變率的增加，其屈服應力增加。隨著溫度增加，其屈服應力減小?？紤]應變率和應變歷史對變形的影響，建立了修正的動態(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態(tài)多場耦合問題，利用該模型能系統(tǒng)地研究各參數(shù)對電磁場和鉚釘變形的影響，指導工藝試驗。電磁鉚接動態(tài)變形過程主要可分為整體自由鐓粗和局部自由鐓粗過程，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。在準靜態(tài)條件下，TA1鉚釘以位錯滑移的方式變形，其組織演化為晶粒碎化與動態(tài)回復交替進行的過程。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程為亞晶轉(zhuǎn)動動態(tài)再結(jié)晶過程。

電磁鉚接是一種通過將電磁能轉(zhuǎn)化為機械能使鉚釘發(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的連接技術(shù)。采用數(shù)值模擬與試驗研究方法，運用宏觀與微觀分析相結(jié)合的手段，以TA1鉚釘為研究對象，建立鉚釘材料動態(tài)本構(gòu)關(guān)系，實現(xiàn)電磁鉚接過程電磁場與鉚釘變形松散耦合的數(shù)值模擬，獲得鉚釘動態(tài)變形特性；掌握各參數(shù)（電參數(shù)和工藝參數(shù)）對鉚釘變形的影響規(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。本項目的實施將為鈦合金與復合材料結(jié)構(gòu)連接的深入研究奠定堅實的理論和試驗基礎，對掌握電磁鉚接技術(shù)、實現(xiàn)該技術(shù)的自主化不僅具有重要的學術(shù)意義，而且具有重要的經(jīng)濟和戰(zhàn)略意義。