CFRP电流辅助铆接的连接域热响应建模与验证

齐振超，肖叶鑫，张子亲，王星星，陈文亮

南京航空航天大学 机电学院，南京 210016

碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon Fibre-Reinforced Polymer，CFRP)宜采用钛合金紧固件连接以减轻电位腐蚀，而钛合金存在变形抗力大、变形易不均匀等问题，施加电流作用可以有效改善钛合金塑性。目前，国内外对于电流辅助轧制[1]、拉拔[2]、压缩[3]等成形技术的研究较为成熟，借鉴其原理，创新性地将电流辅助方法引入到CFRP构件铆接工艺中。铆钉在电流作用下产生焦耳热，由于该部分热能既是金属变形的重要驱动力，又是影响CFRP构件热容限的关键，因此本文围绕电流作用下连接域的热响应机制展开深入研究。

刘泾源[4]在研究钛、镁、铝合金为代表的轻质合金自阻加热超塑性成形性能时，也对板材的热响应和环境能量交换进行了建模分析，发现大比表面积板材在考虑热辐射和热对流时预测准确；Joshua[5]利用节点模型大幅简化界面接触条件和热交换途径，准确预测了金属件电流辅助拉伸试验中的材料软化行为；Snchez等[6]在电流辅助拔丝时监控了棒材的温度变化，发现棒材在100 μs时就达到了最高的稳态温度，通过计算发现温度的瞬时最大温升高达216 ℃；郭云力[7]分析了玻璃纤维复合材料受雷击时的热动力学特点，发现雷击作用时，其受击点在数微秒之内迅速升温至3 000 ℃，随后材料内部各层开始依次升温并逼近3 000 ℃。李健芳等[8]针对MT300/802双马树脂基碳纤维复合材料固化工艺和高温力学性能进行了研究，发现这种复合材料不同固化工艺下的温度容限在325 ℃，最佳工艺参数下复合材料的性能在390 ℃以下保持稳定。……