钛合金铆钉电磁铆接变形机理研究

电磁铆接是一种通过将电磁能转化为机械能使铆钉发生塑性变形的新型铆接方法，铆接质量稳定，钉杆变形均匀，为钛合金和复合材料结构连接及大直径铆钉和难成形材料铆钉成形提供了一种先进的连接技术。采用数值模拟与试验研究方法，运用宏观与微观分析相结合的手段，以TA1铆钉为研究对象，建立铆钉材料动态本构关系，实现电磁铆接过程电磁场与铆钉变形松散耦合的数值模拟，获得铆钉动态变形特性；掌握各参数（电参数和工艺参数）对铆钉变形的影响规律，给出确定钛合金铆钉加载速率范围的方法；探索剪切带微观组织的演变规律，揭示TA1铆钉电磁铆接变形机理；优化工艺参数，提高电磁铆接质量，为制定电磁铆接工艺规范奠定基础。本项目的实施将为钛合金与复合材料结构连接的深入研究奠定坚实的理论和试验基础，对掌握电磁铆接技术、实现该技术的自主化不仅具有重要的学术意义，而且具有重要的经济和战略意义。

电磁铆接是一种将电磁能转化为机械能使铆钉发生塑性变形的新型铆接方法，其铆钉变形机理与普通铆接不同。为了揭示钛合金铆钉变形机理，实现钛合金和复合材料结构连接及大直径铆钉和难成形材料铆钉的成形。本项目采用数值模拟与试验研究方法，运用宏观与微观分析相结合的手段进行。建立了TA1铆钉材料动态本构关系；实现了电磁铆接过程电磁场与铆钉变形松散耦合的数值模拟；获得了铆钉动态变形特性；研制了加载速率测试系统和低电压铆接原理样机；掌握了各参数（电参数和工艺参数）对电磁场和铆钉变形的影响规律；探索了不同加载方式下材料微观组织的演变规律。研究结果表明：TA1为应变速率和温度敏感材料，随着应变率的增加，其屈服应力增加。随着温度增加，其屈服应力减小。考虑应变率和应变历史对变形的影响，建立了修正的动态本构模型。建立的松散耦合模型能有效地解决电磁铆接动态多场耦合问题，利用该模型能系统地研究各参数对电磁场和铆钉变形的影响，指导工艺试验。电磁铆接动态变形过程主要可分为整体自由镦粗和局部自由镦粗过程，镦头变形可分为难成形区、小变形区和大变形区。铆钉变形的关键在于控制镦头材料的轴向和径向流动。在准静态条件下，TA1铆钉以位错滑移的方式变形，其组织演化为晶粒碎化与动态回复交替进行的过程。在电磁铆接条件下，TA1铆钉以绝热剪切的方式变形，绝热剪切带的演化过程为亚晶转动动态再结晶过程。