航空航天合金板自冲铆接接头的目视评估与机械性能

《Welding in the World》：Visual assessment and mechanical performance of self-piercing riveted joints in aerospace alloy sheets

　　

摘要

自冲铆接（SPR）是一种快速发展、绿色高效的机械连接技术，在航空航天领域具有重大应用潜力，特别是用于飞机蒙皮和骨架结构的连接。该技术能有效连接相同、异种及多层板材材料。本研究针对TA1与5A06航空合金板材之间的SPR连接接头展开研究。为确保接头质量，提出了一种新颖的轻量化深度卷积神经网络（LDCNN），用于对SPR接头外观缺陷进行实时检测与监督。同时，系统评估了接头的静力力学性能。结果表明，LDCNN实现了高达166帧每秒（FPS）的实时检测速度，比最先进的YOLOv5s算法快19.4%，同时保持超过90%的识别准确率。这一性能使LDCNN非常适合实际工程应用，并为SPR外观质量评估提供了一种高效实用的方法。力学分析表明，铆钉头高度主要受上层板材材料影响，而铆钉腔体则会影响接头的互锁效果。接头静力强度显著依赖于基板的力学性能，当存在显著性能差异时，失效始终发生在较弱基板上。观察到的失效模式各不相同：相同铝合金接头发生拔出失效，相同钛合金接头发生铆钉断裂，而异种板材组合则主要表现为板材断裂。相应地，断裂类型包括：相同铝合金的典型剪切断裂、相同钛合金的脆性-韧性混合断裂以及异种合金接头的塑性断裂。本研究为SPR接头提供了一种可靠的实时质量控制方案，并全面揭示了其力学行为与失效机理。

图形摘要