［本站(zhàn)訊］近日，塑性成形與模具技術研究所在碳纖維複合材料（CFRP）與鋁合金(jīn)低(dī)頻振動輔助自鉚接（LV-SPR）研究方面取得重要進展，相關研究成果以“Low-frequency vibration assisted self-pierce riveting (LV-SPR) of carbon fiber reinforced composite and aluminum alloy”爲題，發表于機械制造領域國際頂級期刊International Journal of Machine Tools and Manufacture（簡寫IJMTM）。材料學院博士研究生(shēng)邵聰爲該文第一(yī)作(zuò)者，林軍教授爲通訊作(zuò)者，山東大學爲唯一(yī)完成單位。

低(dī)頻振動輔助自沖鉚接（LV-SPR）與傳統自沖鉚接（T-SPR）工藝對比：（a）成形設備；（b）鉚接載荷；（c）鉚釘和鋁闆變形EBSD結果；（d）鉚接接頭截面；（d）釘腿硬度分(fēn)布；（f）複合材料損傷；（g）接頭剪切強度；（h）失效形式

碳纖維複合材料和輕質高強合金(jīn)是實現汽車、高速列車和航空航天飛行器(qì)等高端裝備輕量化(huà)的重要途徑，複合材料和輕合金(jīn)構件的高效可靠連接是提升裝備性能(néng)及其服役壽命的關鍵。傳統自沖鉚接技術憑借其無須預制孔、高效可靠的工藝特點，在輕合金(jīn)結構件連接中得到廣泛應用，但(dàn)是在碳纖維/鋁合金(jīn)自沖鉚接中，存在鉚釘變形困難、複合材料易損傷等難題，嚴重影響鉚接接頭性能(néng)。爲此，團隊創新(xīn)性地提出了(le)低(dī)頻振動輔助自沖鉚接工藝，旨在通過低(dī)頻振動的振動軟化(huà)和界面減摩效應來改善鉚釘與輕合金(jīn)闆的塑性變形能(néng)力，同時有效降低(dī)複合材料損傷。實驗結果表明，低(dī)頻振動顯著降低(dī)了(le)鉚接載荷、改善了(le)鉚釘腿和鋁闆變形能(néng)力，互鎖量提高了(le)36.4%；周期性的加載和卸載改變了(le)摩擦力矢的方向，使鉚釘/複材界面摩擦顯著降低(dī)，複材内部纖維斷裂、層間分(fēn)離、界面脫粘等内部損傷降低(dī)了(le)36.2%。因此，低(dī)頻振動作(zuò)用顯著提升了(le)碳纖維複合材料/鋁合金(jīn)自沖鉚接接頭質量和連接性能(néng)。研究結果爲汽車、高速列車及航空航天領域碳纖維複合材料/輕質合金(jīn)構件的連接提供了(le)一(yī)種高性能(néng)、高效率解決方案。

本研究得到了(le)國家自然科學基金(jīn)、山東省優秀青年基金(jīn)項目、駐魯部屬高校(xiào)“十四五”服務山東重點建設項目和山東大學齊魯青年學者計劃等項目的大力支持。