摘要
随着碳纤维复合材料在汽车、航空航天等领域的广泛应用，其与铝合金等轻质金属的高效连接技术成为研究热点。自冲铆接技术作为一种先进的冷连接技术，在连接异种材料时具有工艺简单、连接质量高、适用范围广、生产效率高等优点，可以有效连接碳纤维复合材料与轻质金属。但随着制造技术的不断发展和对结构轻量化、连接强度以及耐久性需求的不断提升，传统的自冲铆接技术面临着新的挑战和更高的性能要求。 低频振动辅助成形技术可以降低金属流动应力、减小界面摩擦力、减小切削过程中的碳纤维复合材料损伤，应用于碳纤维复合材料与金属的自冲铆接工艺具有巨大的发展潜力。本文以高性能碳纤维增强热塑性复合材料CF/PEEK和5052铝合金为研究对象，在低频振动自冲铆接实验平台上进行了静态自冲铆接实验和不同参数的低频振动自冲铆接实验，首先通过对比低频振动自冲铆接接头与传统静态自冲铆接接头的铆接力、成形质量、力学性能和失效形式，研究在自冲铆接过程中施加低频振动对碳纤维复合材料与铝合金自冲铆接接头的影响;其次对较优工艺参数下的低频振动自冲铆接接头进行疲劳实验和中性盐雾加速腐蚀实验，研究接头在不同工况下的服役性能和失效机理。本文主要开展的研究工作及取得的成果如下: （1）在CF/PEEK与5052铝合金自冲铆接过程中施加低频振动可以有效降低铆接过程中的铆接力，主要原因是低频振动能够降低铆钉与上板CF/PEEK板之间的界面摩擦力，并在振动软化效应的作用下提高铆钉和下板5052铝合金板的塑性。铆接力随着振幅的提高而不断下降，但改变频率对铆接力的影响较小。对接头进行剖面观察和拉伸剪切实验，发现接头的成形质量和力学性能随着振幅和频率的升高出现先上升后下降的现象，在振幅为0.1mm、频率为20Hz时，低频振动自冲铆接接头表现出优秀的成形质量和力学性能，相对于静态自冲铆接接头底切值提高了约80.5％,拉伸剪切强度提高了约14.6％。 （2）对静态自冲铆接接头和低频振动自冲铆接接头进行疲劳实验，使用威布尔分布模型对所得疲劳数据进行统计分析，计算威布尔分布模型各个参数，发现接头均符合威布尔分布规律，并且在自冲铆接过程中施加低频振动能够有效提高接头的疲劳寿命。然后计算并拟合出接头在不同可靠度水平下的F-N曲线，能够更好地预测接头的疲劳寿命，从而为其在实际应用中奠定基础。 （3）对低频振动自冲铆接工艺参数下的接头进行中性盐雾加速腐蚀实验，通过失重法、拉伸剪切实验和接头表面观察分析，低频振动自冲铆接接头在盐雾环境下随着腐蚀时间的增加，腐蚀速率出现先下降后上升再下降的现象，在腐蚀时间达到第5周时接头的性能出现显著下降，展现出良好的耐腐蚀性能。综合接头微观形貌和电化学分析，得到接头各部位在中性盐雾环境下的腐蚀机理:铝合金板表面发生电化学腐蚀和活性-钝性电池腐蚀，搭接区域缝隙内主要发生缝隙腐蚀和电偶腐蚀，碳纤维复合材料板主要是受到其吸水性和活性氯离子的侵蚀影响。
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