双材料梁界面力学及其应用:综述

双材料结构在工程中得到了广泛应用,如薄膜涂层、压电材料、复合材料层合板和夹层板、粘结接头、FRP加固混凝土结构等;然而,这些结构的破坏通常是从界面及其附近开始的.通常利用损伤力学的方法(材料强度的方法)来预测裂纹的萌生,利用断裂力学的方法来预测裂纹的扩展;因此,开展双材料结构的界面应力分析和具分层双材料结构的断裂以及相关分析是至关重要的.首先介绍双材料梁粘结界面应力分析的基本模型,从而为预测裂纹的萌生提供了有力工具.然后综述双材料梁界面断裂力学分析的基本方法,并详细介绍解析解求解的裂纹尖端法及其相关模型,重点强调裂纹尖端变形对分析结果的影响.最后介绍界面分层对双材料结构其它力学特性的影响,例如屈曲和振动特性.

材料线膨胀系数对拉伸剪切性能的影响

为了研究被粘接材料的线膨胀系数对胶接件拉伸剪切性能的影响,用改性环氧树脂(EP)胶粘剂粘接不同材料,并对该胶接件进行拉伸剪切强度试验和温度影响试验。研究结果表明,被粘接材料的线膨胀系数不同会导致胶层在热冷变化过程中受到内应力作用而破坏,同时热空气进入胶层会导致胶层氧化变色,致使胶粘剂界面结合强度和胶粘剂自身强度降低;两种被粘接材料的线膨胀系数差异越大,经热冷变化后胶接件的拉伸剪切性能越低;在相同条件下,热冷变化温差越大,胶接件的拉伸剪切性能越低。

多焊点情况下胶焊单搭接头的静力分析

以胶接分析为基础,将焊点视为大剪切弹性模量胶粘剂,假设被粘体切应力沿厚度线性分布,胶层和焊点切应力沿厚度方向不变,建立了多焊点情况下胶焊单搭拉剪接头的线弹性应力解析模型。计算结果表明:被粘体正应力和胶层切应力解析解与有限元模型吻合得较好。对焊距的参数研究表明:胶焊单搭拉剪接头连接区纵向正应力和切应力随焊距减少而分布更均匀,峰值切应力下降,与前人的试验结果一致。

不同被粘结材料对5种水门汀粘结性能的影响

目的分析不同被粘材料对水门汀粘结性能的影响,为临床烤瓷冠粘结时选择合适的水门汀材料提供科学依据。方法模拟临床使用状况,设计镍铬合金-钴铬合金、镍铬合金-离体牙、镍铬合金-树脂等三种不同组合的被粘结材料,分别选用国产增强型玻璃离子水门汀(RGC)、增强型聚羧酸锌水门汀(RPC)和增强型磷酸锌水门汀(RZPC),以及日产玻璃离子水门汀(CX)和聚羧酸锌水门汀(CE)共5种水门汀进行粘结,测试并比较5种水门汀在不同被粘结材料组合下的剪切粘结强度。结果5种水门汀在镍铬合金-钴铬合金组合中均表现出最高的粘结强度(7.38～9.14MPa),在镍铬合金-离体牙组合中,粘结强度由高到低排列为:CX>CE>RGC>RPC>RZPC,在镍铬合金-树脂组合中,其顺序为:CX>RGC>CE>RZPC>RPC。结论水门汀的粘结性能与被粘结材料的性质密切相关。

单搭拉剪胶焊接头的应力和刚度分析

胶焊复合连接技术兼具胶接和点焊的优点,它因提高结构强度和刚度而使车辆轻量化成为可能。以胶接理论为基础,考虑了被粘体剪切应变,将焊点视为大剪切弹性模量胶粘剂,胶层和焊点沿其厚度方向的剪应力不变,建立了胶焊单搭拉剪接头的线弹性应力解析模型。在应力模型基础上,将接头各组成部分看作是独立承载的拉伸和剪切弹簧单元,得到了其刚度解析模型。应力模型中的正应力和剪应力与有限元解吻合得较好,证明理论模型正确,参数研究中确定了影响胶焊单搭接头应力分布特征的关键耦合参数。

不同样本材质和粘结面积对剪切强度测试结果影响的实验研究

目的:比较不同材质粘结体和粘结基底对剪切强度测试值的影响。方法:设计粘结体与基底的5种不同组合方式(瓷基底-瓷粘结体,树脂基底-瓷粘结体,瓷基底-树脂粘结体,瓷基底-预固化树脂粘结体,瓷基底-树脂水门汀粘结体),分别采用2种树脂水门汀系统(Panavia F,Kuraray/Biscem,BISCO)将粘结体与基底粘结在一起制成剪切测试样本,并采用聚乙烯薄膜将粘结面积限定为直径2、4、6 mm的圆孔,共分为30个实验组,每组8个样本。在万能实验机上测定各样本的剪切粘结强度;体视显微镜(SMZ645)观察粘结破坏模式。结果:粘结体为瓷质的剪切强度值显著高于其他组(P<0.05),不同粘结基底材质对剪切强度值无显著影响(P>0.05)。随粘结面积减小,剪切强度值提高(P<0.05)。相同粘结面积组中,剪切强度较高的实验组发生混合破坏和内聚破坏的样本较多;较小粘结面积的实验组虽然获得了较高的粘结强度值,但更多地表现为粘结界面破坏。结论:粘结体和粘结基底的材质以及粘结面积对剪切强度测定值均有明显影响。在剪切粘结强度实验中,须根据所模拟的临床对象选择合适的粘结体与基底材料。

台阶搭接铝合金接头应力分布的数值分析

用弹塑性有限元法研究了被粘物上台阶高度和长度对铝合金单搭接接头胶层中应力分布的影响。结果表明,被粘物自由端内侧的台阶使搭接区接头端部处的应力峰值显著下降,应力向搭接区中部转移;胶层中应力峰值大体上随着台阶高度的增大而降低,随台阶长度的增大而向中部转移;当台阶高度为0.5 mm而台阶长度为4.5 mm时,接头上胶层中应力分布较好。

粘接技术在翻衬玻璃钢修复管道上的应用

内衬玻璃钢修复管道的目的就在于获得钢塑复合管，即钢管和玻璃钢管二者粘接起来成为一个整体，只有这样才能终止钢管腐蚀；只有这样才能恢复钢管强度。钢塑复合是本研究课题核心技术的重要组成部分，然而钢塑复合创新成果是在粘接理论指导下完成的。因此，本文记述了按照粘接理论指出的原则从事科研实践的过程。

金属胶接劈裂试样表层上的加工硬化

测试了劈裂后45钢被粘物胶接面上的显微硬度,并对所得数据进行了分析,结果表明在较低的劈裂载荷作用下,被粘物胶接面上已因加工硬化导致局部显微硬度大幅度上升。建议对需反复使用的劈裂试样进行热处理以减轻或消除局部加工硬化对劈裂强度测试值带来的误差。

剥离过程中胶层内实际应力分布的研究

指出了现有的金属胶接接头剥离力学模型的局限性和不足。用应变片电测法实测了剥离过程中刚性金属被粘物沿试样长度方向上的应变，结果表明胶层中受到了分布较宽的拉伸应力的作用，根据实验结果提出了金属胶接接头在剥离中胶层内应力分布的修正模型。

冷轧原料板酸洗发黑原因及对策研究

用物理化学方法分析了附着物在盐酸中的稳定性和相结构，充分证明攀钢冷轧原料板酸洗发黑的原因是漂洗过程中出现了水腐蚀现象。研究了酸洗发黑的影响因素，提出了解决这一问题的措施，在工业生产中已证实这些措施是有效的。

异质被粘物新型单搭接接头应力分析

利用有限元分析软件ANSYS建立了异质被粘物用2种胶分段粘接的单搭接接头的力学模型,分析了胶层中剪切应力的分布情况。结果表明,合理地布置高弹性模量胶粘剂及低弹性模量胶粘剂的位置,可以有效地降低刚度不对称接头胶层中应力的峰值,避免胶层因小刚度侧应力过高而导致接头过早地失效。

基于理论解的三种胶接接头简化有限元单元

建立了非对称胶接接头位移理论,它能严格满足包括胶层端头剪应力为零在内的所有边界条件。由于上被粘物、下被粘物具有不同材料和厚度,研究非对称胶接接头更具一般性。以位移理论解为基础,通过一组特定位移约束条件确立了被粘物纵向和横向位移函数,获得了非对称T形、L形和单搭接接头简化有限元单元的单元刚度矩阵。这些胶接接头简化单元能大幅降低整体有限元模型的自由度数量,避免以往胶层单元胶层厚度估计过大的不足,并考虑了被粘物间连续传力的特性,更适于大型有限元模型中对胶接接头的简化建模。精细有限元模型的数值验证表明,三种胶接接头简化有限元单元精度很好,使其应用到诸如汽车白车身、飞机等大型有限元模型中成为可能。