关键词：自冲铆接;;TA1钛合金;;静强度性能;;疲劳强度;;微动分析
摘 要：随着轻量化在现代工业中的发展,钛合金作为一种轻质金属将被广泛的应用于航空航天等领域。为探索新型的板料连接技术-自冲铆接对钛合金薄板的连接可行性,本文以TA1钛合金为例,对其自冲铆接接头的机械性能和失效机理进行了研究。运用Simufact.forming软件模拟了钛合金自冲铆接的成形过程。分析了铆接变形的四个阶段的成形特征和规律;并且发现铆钉钉胫尾部与下板接触区域存在较大的应力集中,因此可以推测该区域为后续实验中接头失效的危险区域。采用自冲铆接技术对TA1板料进行铆接,通过对接头宏观表面和剖面的分析,讨论了接头的成形效果。研究了凹模形状、铆钉高度、端距等不同因素对单钉接头的力学性能的影响,匹配了最佳铆接参数。通过DIC系统研究了拉伸过程中的应变变化情况,发现在铆钉孔周围存在不同的材料流动特性,并且状态的范围会随拉伸的变化而变化。在单钉研究的基础上,主要以二钉接头为例,探讨了铆接端距、铆接钉点间距以及铆接钉点的不同次序对铆接件的静强度的影响。结果表明,当二钉连接端距和钉点间距均为15mm左右时表现出了较好的接头综合性能;二钉和三钉接头同向铆接的力学性能好于异向铆接;钉载个数增加会明显提高接头的强度性能。以铆钉个数(N)、凸台高度(H)和铆钉高度(L)三个因素作为对象进行正交试验,找出了三种不同影响因素对接头拉剪强度影响主次顺序为:(29)(29)HLN。采用轴向加载的形式进行接头的疲劳试验,主要对不同应力比、不同最大载荷值、凹模不同凸台高度、不同铆钉高度和不同铆接端距进行了相关的对比试验,分析了各因素下疲劳强度的变化规律;TA1钛合金接头疲劳的失效形式主要为铆钉断裂失效和下板断裂失效,对接头的失效断口进行了SEM扫描电镜分析,研究了铆钉及下板疲劳失效的断裂特征。对铆钉和下板进行微动分析,发现在铆钉和下板周围的相关区域均存在着黑色物质和磨损裂纹,这将直接影响着疲劳裂纹的发生和扩展。
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