四川大学生团队开发飞机CFRP构件无损铆接技术,有效解决飞机关节难题

据四川大学透露,一支来自该校空天科学与工程学院的学生团队最近开发出了三种无损铆接方法,解决了飞机复合材料关节连接的难题。这一成果为中国航空复合材料结构的高水平应用提供了基础技术支持。
碳纤维增强复合材料(cfrp)在新型飞机制造中得到广泛应用,但中国在先进飞机复合材料应用技术方面与国际先进水平相比还有较大差距,需要提高。飞机复合材料连接构件作为飞机关节的重要组成部分,其连接效率低、易受损是制约复合材料高水平应用的主要问题之一。
目前,螺接是飞机复合材料结构最常用的连接方法,但由于螺栓成本高且效果不佳,特别是在大量使用时会增加复合材料连接的成本和重量。相比之下,铆接具有更高的可靠性、更低的成本和更简便的装配工艺,对于飞机复合材料结构的制造和修复具有潜在的技术和经济优势。然而,在铆接过程中,cfrp很容易受损,而如何实现无损铆接以及解决相关问题仍然是一个挑战,严重限制了飞机复合材料高可靠性和低成本装配连接的实现。
该团队的成员通过研究复合材料铆接损伤机理,运用中国传统的榫卯结构,针对不同连接部位开发出了三种无损铆接方法,解决了中国先进飞机复合材料应用技术中的关节连接问题。
团队成员介绍说:“我们研发了三种连接方法,包括垫圈镦头一体化无损铆接、凹槽衬套抽芯无损铆接和螺铆耦合干涉连接,分别适用于常规开敞结构、低开敞结构和低开敞大传载结构。这些方法提高了连接强度约87%、抗剪切拉伸能力33%和连接疲劳寿命1000%,同时连接重量减轻了27%、连接成本降低了90%。与传统螺接方法相比,使用这三种铆接方法对复合材料板的损伤几乎不可见。”
该项目的负责人赵乐天表示,为了解决复合材料无损连接的难题,项目成员在该校空天科学与工程学院的指导下进行了艰苦的研究,通过借鉴中国传统的榫卯结构取得了关键性突破,从而推动了中国新型飞机的研发进程。
目前,该项目团队已经取得了一些令人鼓舞的成果。团队成员已在中文核心期刊上发表了2篇论文,并投稿了1篇ei期刊和1篇sci期刊。他们还申请了一项名为《一种cfrp构件单侧无损抽芯铆接紧固件及方法》的发明专利,并与国内两家国家重点企业达成了战略合作。
据了解,这一项目将在第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛上展示。该项目以解决先进飞机复合材料应用技术难题为最终目标,依托四川大学空天科学与工程学院进行研发工作。


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