CN114894846A - 一种cfrp电流辅助铆接接头连接性能分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，包括选定试验材料进行电流辅助铆接试验，设置多组不同电流密度的单因素试验；记录不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系；对不同电流密度下连接件的静拉伸强度，进行室温下的拉伸试验；分析不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系曲线，获得不同不同电流密度下的钛合金铆钉屈服极限；分析不同电流密度作用下的镦头尺寸；分析不同电流密度作用下的接头干涉量分布情况，包括分析不同电流密度作用下的干涉量水平和干涉量分布均匀性；分析不同电流密度作用下的接头孔壁形貌；分析不同电流密度作用下的拉伸性能和失效形式；综合以上分析结果，获得电流辅助铆接最优电流密度。
Description
技术领域
本发明涉及CFRP电流辅助铆接技术领域，特别地涉及一种CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法。
背景技术
碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有比强度高、比刚度高、耐腐蚀等特点，广泛应用于航空、航天领域。钛合金具有高电位、耐腐蚀等特点，因此飞机复合材料结构连接中常采用钛合金紧固件以减轻不同装配组件间产生的电偶腐蚀。
相较于传统铆接工艺，干涉铆接能够使连接件获得均匀干涉量。前麦克唐纳·道格拉斯公司提出，干涉连接能够延长复合材料的疲劳寿命，较小的干涉量能够提高复合材料的疲劳强度。适当的干涉量能够提高紧固件的静强度和疲劳强度。然而钛合金铆钉的应用受到了其较大变形抗力的限制，在使用大型设备压铆时存在钉杆干涉量分布不均、镦头易开裂等问题严重影响连接质量。
近年来，国内外大量学者发现电致效应对金属材料有显著影响，随着电流强度的增加，合金的流动应力明显降低，此外，由于第二相过早沉淀和溶质原子加速扩散效应的耦合，PLC效应发生并从正态模式转变为逆态模式。提高电流密度能够加速脉冲电场α到β的相变进展。通过对比炉温加热和电流辅助方法对Ti2AlNb合金进行热压缩发现，电流辅助状态下合金流动应力大大降低，且试样宏观表面几乎没有裂纹，同时，电流的引入促进了再结晶形核，有利于再结晶行为的进行。变形其间施加电流可以大幅降低钛合金变形所需的工程应力。
虽然用脉冲电流处理钛合金铆钉确实能够改善铆钉的成形性能，但同步于压铆全程的脉冲电流处理对连接件性能有何影响仍是未知，且电流辅助铆接能否应用于工程应用仍有待进一步检验。本申请针对常规工艺及不同密度的脉冲电流同步作用于压铆时得到的不同连接件，对比分析其压铆力、镦头尺寸、干涉量分布和拉伸性能，探究孔壁损伤机理和紧固件的失效形式，分析新工艺下连接件接头的连接性能。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，包括以下步骤：
步骤S1、选定试验材料，试验材料包括半圆头钛合金铆钉和CFRP板，钛合金铆钉表面经过喷砂处理、固溶和人工时效处理，CFRP板上预制有装配孔；
步骤S2、进行电流辅助铆接试验，设置多组不同电流密度的单因素试验，设定电流作用时间，设定压铆速率，采用力压铆模式，当压铆力达到设定最大值时停止压铆；记录不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系；
步骤S3、对比不同电流密度下连接件的静拉伸强度，进行室温下的拉伸试验；
步骤S4、分析不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系曲线，获得不同电流密度下的钛合金铆钉屈服极限；
步骤S5、分析不同电流密度作用下的镦头尺寸；
步骤S6、分析不同电流密度作用下的接头干涉量分布情况，包括分析不同电流密度作用下的干涉量水平和干涉量分布均匀性；
步骤S7、分析不同电流密度作用下的接头孔壁形貌；
步骤S8、分析不同电流密度作用下的拉伸性能和失效形式；
步骤S9、综合步骤S4—S8的分析结果，获得电流辅助铆接最优电流密度。
优选地，所述步骤S1中钛合金铆钉为Ti45Nb材料，非端面外的表面粗糙度不大于1.6μm；CFRP板是由16层厚度为0.16mm单向预浸料对称铺层形成的层合板，铺层顺序为[0°/-45°/90°/45°]2s，预浸料的质量分数为200g/m2，树脂体积分数为40％，采用真空泵在高温高压环境中固化而成，板上预制有Φ4.1mm的装配孔；
优选地，所述步骤S2中还包括设置不同电流密度的单因素试验7组；电流作用时间为40s，压铆速率为6mm/min，采用力压铆模式，当压铆力达到设定最大值14.2kN时停止压铆；记录不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系。
优选地，所述步骤S5中还包括建立无量纲化参数D/D0和H/H0分别评价镦头直径和高度；其中D和H分别为压铆后镦头直径和高度，D0和H0分别为压铆前钉杆直径和超出搭接板部分的钉杆高度；直径和高度从三个方向分别测量后取平均值。
优选地，所述步骤S6中还包括按公式(1)和公式(2)分别计算各测量位置的绝对干涉量IA和平均干涉量
IA＝d-DH (1)
式中：d为压铆后钉杆直径；DH为压铆前孔直径；n为测量点个数；di为在第i个测量点处压铆后的钉杆直径。
优选地，所述步骤S6中还包括引入反应数据波动情况的极差系数C和反应数据离散程度的标准差系数V评估干涉量分布的均匀性，分别由公式(3)和公式(4)定义。
式中：IAmax和IAmin分别为某一钉杆上最大和最小干涉量；IAi为第i测量点处的干涉量。
优选地，所述步骤S7中还包括用超景深三维显微镜观察孔壁损伤情况，对不同电流密度下接头孔壁形貌分组，各组上半部分为钉帽侧CFRP孔壁形貌，下半部分为镦头侧CFRP孔壁形貌；对同类损伤进行编号，对某些电流密度下特有的损伤进行编号，根据损伤可接受的范围及镦头尺寸的参数临界值评估电流辅助铆接最优电流密度。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
本发明提供的一种CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
1)分析了常规铆接和电流辅助铆接过程中压铆力的变化趋势及其差异。脉冲电流能够有效改善钛合金铆钉的塑性，随着电流密度升高，在电子风效应作用下，材料的屈服极限降低，当电流密度升至13A/mm2时，屈服应力降低高达57.2％。
2)对比了常规铆接和电流辅助铆接工艺下连接件的镦头尺寸。密度低于11.5A/mm2的脉冲电流能够通过增强钛钉金属组织的流动能力而改善连接件的镦头尺寸，但是当电流密度高于该值时，镦头尺寸可能出现无法满足行业标准的情况。
3)对比分析了常规铆接和电流辅助铆接接头的干涉量分布。脉冲电流能够有效增加铆钉的绝对干涉量。不同电流密度作用下干涉量分布的波动程度变化较大，但是其离散程度变化较小。电流密度为13A/mm2时，绝对干涉量最大；电流密度为7A/mm2时，干涉量分布最均匀，波动情况最理想。
4)研究了电流辅助铆接接头孔壁的损伤情况。由钻孔产生的机械损伤在脉冲电流作用下出现了自愈合现象，这能够提升连接件的性能，但是当电流密度过大时，镦头一侧CFRP孔壁出现了大量材料堆积形成且在表面形成鼓包和褶皱，严重降低了连接件的性能。结合镦头尺寸和干涉量分布分析的结论，本文认为当电流密度小于10A/mm2时，电流辅助铆接工艺能够获得性能最佳的连接件。
5)对比分析了常规铆接和电流辅助铆接工艺下连接件的拉伸性能和失效形式。接头的拉伸极限为423Mpa，接近钛钉的剪切极限。电流密度小于7A/mm2时，伸长率较常规铆接接头得到了提升；电流密度超过8.5A/mm2时，伸长率不及常规铆接接头；电流密度进一步增加时，CFRP被过度软化，复合材料层间连续性被破坏，上述行为在拉伸曲线和失效形式中均有表现。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了本发明的CFRP单搭接接头结构示意图；
图2显示了本发明的电子智能压铆机结构示意图；
图3显示了本发明的拉伸试样结构示意图；
图4显示了本发明不同电流密度作用下铆接的压铆力-位移曲线图；
图5显示了本发明不同电流密度作用下镦头的宏观形貌图；
图6显示了本发明不同电流密度作用下镦头尺寸参数示意图；
图7显示了本发明的测量位置示意图；
图8显示了本发明不同电流密度作用下接头干涉量分布情况图；
图9显示了本发明不同电流密度作用下接头干涉量分布均匀性；
图10显示了本发明不同电流密度下接头孔壁形貌图；
图11显示了CFRP表面的鼓包、褶皱图；
图12显示了本发明不同电流密度作用下接头拉伸位移-载荷曲线图；
图13显示了两种失效形式的宏观形貌示意图；
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，包括以下步骤：
步骤S1、选定试验材料，试验材料包括半圆头钛合金铆钉和CFRP板，钛合金铆钉表面经过喷砂处理、固溶和人工时效处理，CFRP板上预制有装配孔；
步骤S2、进行电流辅助铆接试验，设置多组不同电流密度的单因素试验，设定电流作用时间，设定压铆速率，采用力压铆模式，当压铆力达到设定最大值时停止压铆；记录不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系；
步骤S3、对比不同电流密度下连接件的静拉伸强度，进行室温下的拉伸试验；
步骤S4、分析不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系曲线，获得不同电流密度下的钛合金铆钉屈服极限；
步骤S5、分析不同电流密度作用下的镦头尺寸；
步骤S6、分析不同电流密度作用下的接头干涉量分布情况，包括分析不同电流密度作用下的干涉量水平和干涉量分布均匀性；
步骤S7、分析不同电流密度作用下的接头孔壁形貌；
步骤S8、分析不同电流密度作用下的拉伸性能和失效形式；
步骤S9、综合步骤S4—S8的分析结果，获得电流辅助铆接最优电流密度。
在一个实施例中，钛合金铆钉使用半圆头Ti45Nb钛合金铆钉，钛钉表面经过喷砂处理，非端面外的表面粗糙度不大于1.6μm，铆钉经过固溶和人工时效处理，尺寸为Φ4mm×10.4mm。
CFRP板是由16层厚度为0.16mm单向预浸料对称铺层形成的层合板，铺层顺序为[0°/-45°/90°/45°]2s，预浸料的质量分数为200g/m2，树脂体积分数为40％，采用真空泵在高温高压环境中固化而成，板上预制有Φ4.1mm的装配孔。
单搭接接头按ASTM D5961中的标准设计，具体尺寸如图1所示。
电流辅助铆接试验在电子智能压铆机上进行，压铆机能实现电流参数、通电时间和压铆参数的自主控制。高频脉冲电源DXK-12V2000A通过继电器集成于压铆机控制系统中，由PLC统一调度。压铆设备如图2所示。
在一个实施例中，电流辅助铆接试验为同步电流辅助铆接模式，即铆接同时对铆钉进行通电处理。设置不同电流密度的单因素试验7组，电流密度为0A/mm2时即为常规铆接工艺。根据前期试验探索确定电流作用时间为40s，压铆速率为6mm/min，采用力压铆模式，当压铆力达到设定最大值14.2kN时停止压铆，具体方案如表1所示。
表1 电流辅助铆接试验方案
在一个实施例中，为了对比分析不同电流密度下连接件的静拉伸强度，进行室温下的拉伸试验，试验在PT-100G拉压力试验机上进行，试件按ASTM标准制作，拉伸速度设为2mm/min，拉伸试验设备和拉伸试样如图3所示。
在一个实施例中，不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系曲线如图4所示，不同电流密度下连接件的屈服应力如表2所示。
表2 不同电流密度作用下连接件的屈服应力
从压铆力与位移的关系曲线可以看到，常规铆接工艺中钛钉与电流辅助铆接中钛钉的变形过程有着明显的区别。经过脉冲电流作用，材料的弹性模量降低，钛钉被软化，因而其压缩过程中弹性变形阶段明显缩短，更早地进入了塑性变形阶段，并且随着电流密度增加，钛钉被软化程度加剧。
未施加脉冲电流时，钛钉的屈服极限为506.37Mpa，而施加脉冲电流后，屈服极限明显降低。当电流密度为5.5A/mm2时，屈服极限为385.35Mpa，降低了23.9％；进一步增加电流密度，当电流密度达到13A/mm2时，屈服极限为216.56Mpa，降幅达57.2％，软化效果更加明显。
钛钉被软化是电流的热效应与非热效应耦合作用下的结果。热效应即通过电流产生的焦耳热软化钛钉。非热效应主要通过电子风效应和削弱金属键合强度软化钛钉，电子风效应是指，在脉冲电流作用下，钛钉内部产生电势差，这使得自由电子形成大量定向漂移电子，漂移电子流不断撞击位错、钉扎物、晶界等阻碍其漂移的“障碍”，此时电子动能转化为推动晶粒运动和位错滑移的能量，随着电流密度增加，钛钉内部电势差升高，更多漂移电子撞击“障碍”，被转化的电子动能提高，进一步推动了钛钉变形；而削弱金属键合强度同样可以软化钛钉，在脉冲电流作用下，组成晶胞的粒子吸收了大量能量而处于激发态，电子云分布发生变化，粒子的平衡核间距离增加，此外，高速运动的漂移电子流经过原子核外部各层能级上的导通路径时，晶胞内部金属键的键合电子处于高速交换状态，这都会削弱金属键合强度，进一步地，键合强度降低也会导致晶界处材料的结合力降低，从而推动滑移产生，在宏观上表现为金属被软化、塑性变形更容易发生且屈服极限降低。
在一个实施例中，不同电流密度作用下镦头的宏观形貌如图5所示。从图中可以看到，随着电流密度增加，镦头越来越扁。为了进一步定量分析镦头变形差异，建立无量纲化参数D/D0和H/H0分别评价镦头直径和高度。其中D和H分别为压铆后镦头直径和高度，D0和H0分别为压铆前钉杆直径和超出搭接板部分的钉杆高度。以上数据通过精度为0.01mm的数显游标卡尺测量得到，直径和高度从三个方向分别测量后取平均值。测量数据如表3所示，电流密度和镦头尺寸参数之间的关系如图6所示。
表3 镦头尺寸测量数据
可见，随着电流密度增加，D/D0增大，H/H0减小。这是由于随着电流密度增加，软化效果更佳，金属的流动能力更佳，这使得钛钉更容易被压缩，所以电流密度越大，镦头直径越大、高度越低。
从测量数据可见，随着电流密度从0A/mm2增加到13A/mm2，D/D0从1.33增大到1.407，H/H0从0.277减小到0.213。根据中国航天行业标准QJ 782A—2005(通用铆接技术标准)，直径为4mm的铆钉铆成头直径应满足6±0.4mm，高度应满足2±0.4mm，即D/D0应在1.4到1.6之间，H/H0应在0.154到0.23之间。可见，当电流密度超过11.5A/mm2时，镦头就可能出现不满足标准的情况。
在一个实施例中，对于复合材料干涉铆接接头来说，干涉量水平和干涉量分布均匀性很大程度上决定其能否投入应用，干涉量过大或过小均会降低连接结构的强度；干涉量分布不均匀会造成纤维平面内屈曲或层间劈裂，也会降低连接结构的强度。因此，评估电流辅助铆接接头干涉量的分布情况非常重要。
为了观察接头连接域内干涉量分布情况，采用T7-800金刚石砂轮切割机切割连接件，取出钛合金铆钉，用精度为0.01mm的数显游标卡尺测量钛钉钉杆的干涉量，测量位置如图7所示。按公式(1)和公式(2)分别计算各测量位置的绝对干涉量IA和平均干涉量
结果如表4所示。
IA＝d-DH (1)
式中：d为压铆后钉杆直径；DH为压铆前孔直径；n为测量点个数；di为在第i个测量点处压铆后的钉杆直径。
表4 接头干涉量数据
不同电流密度作用下接头干涉量的分布情况如图8所示。随着电流密度的增加，几乎所有测量点的干涉量均有所增加，P1处干涉量最大，原因在于铆接前孔壁出口处外伸部分金属具备较强的流动能力，随着镦头成形，更多的金属组织流入孔内，直接造成了靠近镦头处钉杆轴向干涉量增加。随着测量点位靠近叠层构件中心处，变形约束增加，所以干涉量逐渐减小。当测量点位靠近钉帽时，变形约束又逐渐减少，所以干涉量会较中心处增大，但不会超过P1位置。
为了进一步评估干涉量分布的均匀性，引入反应数据波动情况的极差系数C和反应数据离散程度的标准差系数V，分别由公式(3)和公式(4)定义。
式中：IAmax和IAmin分别为某一钉杆上最大和最小干涉量；IAi为第i测量点处的干涉量。
不同电流密度作用下接头干涉量分布均匀性如图9所示。
可见，电流密度对干涉量分布的离散程度没有太大的影响，但对其波动情况有较大影响。当电流密度在7A/mm2时，干涉量分布最均匀，这是因为此时电流对钛合金的软化效果最佳，压铆过程中更多金属能够流入叠层构件中心部位，且此时中心温度也能较好地软化CFRP。电流密度进一步增加时，虽然能够更好的软化钛钉，但其热效应可能对CFRP造成损伤，甚至接近玻璃化温度从而转变至高弹态造成连接失效；反之，若电流过小，则软化程度不足，可能导致出现与常规铆接后类似的钉杆干涉分布不均甚至镦头、钉杆开裂等现象。
在一个实施例中，CFRP孔壁最接近电流作用下迅速升温的铆钉，且会与钛钉产生干涉，所以孔壁处的各类损伤情况最明显，用超景深三维显微镜观察孔壁损伤情况，不同电流密度下接头孔壁形貌如图10所示，各组上半为钉帽侧CFRP孔壁形貌，下半为镦头侧CFRP孔壁形貌。
为了便于分析分析不同损伤的产生机制，对同类损伤进行编号，分别是图中a、b、c三个区域；同样对某些电流密度下特有的损伤进行编号，分别是图中A、B、D三个区域。
在图中a区域，凹坑内去除的基体-纤维材料均在0°铺层，纤维断裂深度不一，损伤凹坑较浅，呈现明显的机械破坏形式；每根纤维的面内破坏形式为45°剪切和挤压共同导致的抽离；a区域不处于孔的正中心，以切割方向为x轴正方向，损伤位置在此方向并无分布规律，因而并非切割造成的损伤；钻削方向如图10所示，损伤随钻削刃运动方向加剧，凹坑深度变深，长纤维因为短纤维材料去除导致基体-纤维粘合强度降低，在钻削刃压力下形成纤维剥离损伤；此外，未经铆接的孔壁也出现了同类损伤。可以确定这是钻孔造成的损伤。可以看到，随着电流密度增加，该处损伤有愈合趋势，电流密度为13A/mm2时，该处损伤基本已经不可见，因此在高温造成的树脂软化流动可能使得该处损伤出现了自愈合现象。
在图中b区域，凹坑内去除的基体-纤维材料均为90°铺层，每根纤维的面内去除形式和a区域相同；常规铆接得到的连接件孔壁也存在这类损伤，但是随着电流密度增加，损伤有生长趋势，损伤范围扩大且分布更均匀，出现了纤维间沿厚向填补，部分区域的损伤有愈合的现象，这是由于电热效应，CFRP被软化，树脂流动性增强，靠近镦头一侧的凹坑因纤维厚向填补出现了明显的愈合，靠近孔中心的凹坑也因下层树脂流入出现了不同程度的愈合。因此，可以确定这是钻孔的遗留损伤导致并在电流辅助铆接中得到了发展后有自愈趋势的损伤现象。
在图中c区域，这类损伤最明显，出现大量材料堆积现象，分层、脱落、纤维断裂、纤维屈曲等多种损伤形式均在此处出现，该处对应绝对干涉量最大的P1位置，这类损伤是由大干涉量造成的挤压；随着电流密度增加，干涉量增加，该处损伤迅速生长，宏观表现为CFRP表面出现鼓包、褶皱等现象，如图11所示；在铆接中，该类损伤最容易发生，常规铆接工艺中也存在这类损伤。
在常规铆接接头的A区域出现了明显的纤维分层的现象，这在电流辅助铆接中并未出现，且未经铆接的孔壁也未出现类似损伤，这是由于压铆力设置过大，而常规铆接中CFRP和钛钉未被软化塑性较差引起的；在10A/mm2电流密度作用下接头的B区域出现了大量纤维被撕裂的现象，此外该处未形成较为光滑的孔壁，在其他任何接头处均未出现类似情况，但在未钻透的孔出口处发现了相同的损伤形式，因此可以确定，该处损伤是由于钻孔时的加工误差造成孔未被完全钻透后插入钛钉时强行扩孔留下的损伤；在13A/mm2电流密度作用下接头的D区域，出现了CFRP分层、纤维撕裂等损伤，这是因为此时电流过大造成CFRP被过度软化加之该处干涉量较大引起了材料的挤压和堆积，在此情况下直接进行的切割造成了大量纤维被撕离基体，形成了该处较大的凹坑。
根据损伤情况可以看出，当电流密度高于10A/mm2时，镦头处的材料堆积较为严重，CFRP表面也形成了较多的鼓包和褶皱，该损伤已经超出了可接受范围；此外改电流密度下，评估镦头尺寸的参数已接近临界值，因而电流密度最好在10A/mm2以下。
在一个实施例中，不同电流密度下连接件的拉伸位移-载荷曲线如图12所示，不同电流密度下的接头拉伸极限和失效形式如表5和图13所示。
表5 不同电流密度作用下接头拉伸极限和失效形式
可见，接头抗拉强度均在423Mpa左右，这和钛钉的剪切强度接近。但不同电流密度下接头的伸长率有着较大的差异，这一点将在后文再次提及。
当作用电流密度为10A/mm2和11.5A/mm2时，位移-载荷曲线在达到最大载荷后呈断崖式高速下降，电流密度为8.5A/mm2时，虽然没有从最大载荷处高速下降，但是其载荷高速下降的起点也高于其他各组。这是因为当载荷达到当前电流密度处理后接头的拉伸强度极限时，钛合金铆钉被剪断，此时拉伸试样被彻底拉断。传统工艺和其他电流密度下的接头位移-载荷曲线在达到最大载荷后呈较为缓慢的下降趋势，甚至出现波浪状的载荷波动，这是因为钛钉在最大载荷处没有被拉断，拉伸载荷仅仅造成了钛钉钉杆被斜向拉长。
小密度的脉冲电流作用能够提高伸长率，但是当电流的焦耳热效应过于明显时，延展性会被削弱，该理论直观地解释了图12中电流密度小于7A/mm2时，伸长率较传统铆接接头得到了提升，但当电流密度超过8.5A/mm2时，伸长率反而不及传统铆接接头且破坏形式变为钛钉剪断的现象。
当电流密度增加到13A/mm2时，由于焦耳热效应带来的温升过高，CFRP孔壁被过度软化，导致干涉水平大幅提升，已经破坏了孔壁及复合材料的层间连续性，因而破坏形式由钛钉剪断转变为CFRP的分层、拉脱，且此时电流增塑效应加剧，导致钛钉在最大载荷时没有被剪断，而是被斜向拉长。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (7)
1.一种CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、选定试验材料，试验材料包括半圆头钛合金铆钉和CFRP板，半圆头钛合金铆钉表面经过喷砂处理、固溶和人工时效处理，CFRP板上预制有装配孔；
步骤S2、进行电流辅助铆接试验，设置多组不同电流密度的单因素试验，设定电流作用时间，设定压铆速率，采用力压铆模式，当压铆力达到设定最大值时停止压铆；记录不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系；
步骤S3、对比不同电流密度下连接件的静拉伸强度，进行室温下的拉伸试验；
步骤S4、分析不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系曲线，获得不同电流密度作用下的钛合金铆钉屈服极限；
步骤S5、分析不同电流密度作用下的镦头尺寸；
步骤S6、分析不同电流密度作用下的接头干涉量分布情况，包括分析不同电流密度作用下的干涉量水平和干涉量分布均匀性；
步骤S7、分析不同电流密度作用下的接头孔壁形貌；
步骤S8、分析不同电流密度作用下的拉伸性能和失效形式；
步骤S9、综合步骤S4—S8的分析结果，获得电流辅助铆接最优电流密度。
2.根据权利要求1所述的CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，其特征在于，所述步骤S1中钛合金铆钉为Ti45Nb材料，非端面外的表面粗糙度不大于1.6μm；CFRP板是由16层厚度为0.16mm单向预浸料对称铺层形成的层合板，铺层顺序为[0°/-45°/90°/45°]2s，预浸料的质量分数为200g/m2，树脂体积分数为40％，采用真空泵在高温高压环境中固化而成，板上预制有Φ4.1mm的装配孔。
3.根据权利要求1所述的CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，其特征在于，所述步骤S2中还包括设置不同电流密度的单因素试验7组；电流作用时间为40s，压铆速率为6mm/min，采用力压铆模式，当压铆力达到设定最大值14.2kN时停止压铆；记录不同电流密度作用下铆接时压铆力与位移的关系。
4.根据权利要求1所述的CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，其特征在于，所述步骤S5中还包括建立无量纲化参数D/D0和H/H0分别评价镦头直径和高度；其中D和H分别为压铆后镦头直径和高度，D0和H0分别为压铆前钉杆直径和超出搭接板部分的钉杆高度；直径和高度从三个方向分别测量后取平均值。
5.根据权利要求1所述的CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，其特征在于，所述步骤S6中还包括分别计算各测量位置的绝对干涉量IA和平均干涉量
IA＝d-DH
式中：d为压铆后钉杆直径；DH为压铆前孔直径；n为测量点个数；di为在第i个测量点处压铆后的钉杆直径。
6.根据权利要求1所述的CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，其特征在于，所述步骤S6中还包括引入反应数据波动情况的极差系数C和反应数据离散程度的标准差系数V评估干涉量分布的均匀性，
式中：IAmax和IAmin分别为某一钉杆上最大和最小干涉量；IAi为第i测量点处的干涉量。
7.根据权利要求1所述的CFRP电流辅助铆接接头连接性能分析方法，其特征在于，所述步骤S7中还包括用超景深三维显微镜观察孔壁损伤情况，对不同电流密度下接头孔壁形貌分组，各组上半部分为钉帽侧CFRP孔壁形貌，下半部分为镦头侧CFRP孔壁形貌；对同类损伤进行编号，对某些电流密度下特有的损伤进行编号，根据损伤可接受的范围及镦头尺寸的参数临界值评估电流辅助铆接最优电流密度。
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