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摘要
为降低汽车尾气排放和提高能源的有效利用率,车身轻量化是汽车设计制造的发展趋势。近年来,铝合金、镁合金、钛合金和纤维增强复合材料等新轻型材料因具有低密度和较高的比强度及比刚度而被广泛应用于汽车及航空航天制造业。纤维增强复合材料具有高比模量、优异的耐腐蚀性、热物理性能和疲劳性能,同时还具备阻尼减震和可设计性强等优势,在汽车行业中的应用规模不断扩大。随着轻质材料在车身中的进一步应用,多材料混合车身结构对连接技术提出挑战。电阻点焊、激光焊接、传统铆接和粘接是车身常用的连接技术,随着全铝车身及混合材料车身结构的应用,自冲铆接、压印连接和搅拌摩擦焊等新型连接工艺得到推广和应用。纤维增强复合材料在车身中常与铝合金进行连接,自冲铆作为一种新轻型板材连接技术,为复合材料和金属的连接提供了解决方案。纤维增强复合材料在自冲铆过程中,铆接区域会遭受损伤,从而影响接头的外观和力学性能。因此,复合材料的损伤及其对接头性能的影响是车企关注的核心问题。目前,对复合材料自冲铆接的研究主要集中在碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和铝合金的连接,所研究复合材料的基体分为环氧树脂和聚酰胺,增强纤维的结构分为短切型、编织型和单向带等。由于环氧树脂为一种热固性基体,环氧树脂基纤维增强复合材料只能作为上板进行自冲铆接;而对于延展性较好的热塑性树脂基复合材料可以作为上板或下板进行连接。接头的成形工艺影响复合材料的损伤程度,采用圆头铆钉、增大铆接速度及控制钉头高度高于上板表面均能减小复合材料在自冲铆过程中的损伤,进而使接头获得更优的力学性能。本文归纳了复合材料和铝合金自冲铆接的研究进展,从接头的成形质量、铆接损伤、力学性能、失效形式和数值模拟研究等方面进行阐述,并展望了相关研究思路和方法,以期为纤维增强复合材料在车身中的应用提供参考。
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单位吉林大学; 汽车仿真与控制国家重点实验室
