CFRP-铝合金单搭接胶接接头拉伸剪切性能及疲劳失效模式分析

在汽车生产过程中,为减少应力集中或提升结构刚度,很多零部件采用胶接方式进行连接,但胶接结构容易出现损伤积累,使连接部分出现整体破坏现象,研究胶接接头的疲劳性能对保证汽车零部件的长时间服役性能具有重要意义。设计胶接厚度为0.5 mm、1.5 mm和2.5 mm以及搭接长度为12.5 mm和25 mm的碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)-铝合金单搭接胶接接头,进行准静态拉伸和疲劳实验。基于疲劳实验结果和双参数Weibull分布,对接头的应力-寿命(S-N)曲线进行拟合,分析其破坏模式及破坏形貌,揭示CFRP-铝合金单搭接接头在疲劳载荷下的失效模式和破坏机制。研究发现,接头的静态拉伸结果对胶接厚度变化不敏感,对搭接长度变化较为敏感;搭接长度从12.5 mm变化至25 mm时,接头的疲劳极限载荷从555.14 N变为1446.10 N,疲劳极限载荷随着搭接长度变化效果明显;随着胶接厚度变化,失效模式由内聚失效转化成界面失效,随着搭接长度变化,失效模式由胶层内聚失效转化成混合失效。

High Speed Lapping of SiC Ceramic Material with Solid (Fixed) Abrasives

An experimental investigation is carried out to machine SiC ceramic material through the method of high speed plane lapping with solid(fixed) abrasives after the critical condition of brittle-ductile transition is theoretically analyzed. The results show that the material removal mechanism and the surface roughness are chiefly related to the granularity of abrasives for brittle materials such as SiC ceramic. It is easily realized to machine SiC ceramic in the ductile mode using W3.5 grit and a high efficiency, low cost and smooth surface with a surface roughness of R_a 2.4?nm can be achieved.

基于电阻焊机增加激光焊接功能的技术创新与应用

通过对河钢邯钢冷轧厂2号热镀锌线电阻焊机进行了增加激光焊接功能的技术改造,使焊机具备了电阻焊和激光焊的双重焊接功能,突破了热镀锌线(2.0~3.0)mm×(1000~1500)mm设计规格限制,实现了3.00~4.85 mm超厚规格有花产品的连续生产。应用结果表明,针对厚度大于2.5 mm的带钢采用激光焊接,厚度小于2.5 mm的带钢采用电阻焊接,能够有效解决厚规格断带问题,为产线提速提产增效提供设备保障。

U型钢筋预制拼装水池壁板湿接缝抗弯承载力研究

本文通过建立非线性有限元模型进行四点弯曲静力加载模拟,研究了湿接缝长度、纵向钢筋直径、横向钢筋直径、搭接长度对U型钢筋预制拼装板的抗弯承载能力的影响。基于极限平衡状态分析的方法,提出了抗弯承载力计算公式、受压区高度提高系数,利用受压区高度提高系数γ判别预制拼装板的破坏模式。研究结果表明:在保证有效的搭接距离下,湿接缝长度、横向钢筋直径、U型钢筋搭接长度对于抗弯极限承载力的影响有限,增大纵向钢筋直径能有效提高板的承载力;湿接缝通过U型钢筋搭接的连接方式,提高了混凝土与钢筋之间的锚固性能,充分利用了钢筋的承载能力;提出的公式能较为准确的计算出U型钢筋预制拼装板的极限抗弯承载力;当受压区高度提高系数γ的值大于1时,预制拼装板为适筋破坏,小于1时,为超筋破坏。

陶瓷球双自转盘研磨方式下研磨均匀性的研究

对陶瓷球在双自转研磨盘研磨方式下的研磨均匀性进行仿真分析,表明研磨均匀性不仅取决于自旋角θ变化范围,而且取决于θ角的变化过程和球的自转角速度ωb的变化。对研磨均匀性来说,转速比函数幅值影响较大,相位的影响是很小,可以忽略。当内外下盘转速之比从0到2倍的进行连续周期变化时,可以得到较好的研磨均匀性,变化过程任意。

基于ADAMS的球体双自转研磨方式下研磨盘转速优化研究

双自转研磨是一种获得高一致性精密球体的有效加工方法。为进一步提高双自转研磨方式下球面研磨轨迹的均匀性(研磨均匀性),以提高球体加工球度及批一致性,建立了基于ADAMS的双自转研磨方式下球体运动仿真模型,分析了下研磨盘内外盘转速曲线对盘与球接触点(研磨轨迹点)分布的影响,对研磨盘转速曲线组合进行了优化,得到了"双梯形-三角波"研磨盘转速曲线组合。在此转速条件下,球面研磨轨迹均匀性的标准差S大幅减小(从1.4409μm减小到0.9748μm)。实验结果也表明:在相同实验条件下,同一批次的G28毛坯球(最大球形误差0.7μm),经3h研磨,采用双梯形-三角波转速曲线比"三角波"转速曲线的球形误差降低0.168 72μm(从0.388 04μm减小到0.219 32μm);同一批次的G10球(最大球形误差0.25μm),经相同条件和时间研磨抛光,采用双梯形-三角波转速曲线比三角波转速曲线的球形误差减小0.0308μm(从0.103 64μm减小到0.072 78μm),实验结果与仿真结果均证明了转速曲线的优化效果。

氮化硅陶瓷球研磨过程中磨损形式的研究

为掌握不同研磨条件下氮化硅(S i3N4)陶瓷球表面的磨损形式,在球-盘式磨损实验装置上,采用不同载荷及磨料粒度和浓度的碳化硼(B4C)磨料进行了磨损实验.通过显微镜观察陶瓷球表面确定其磨损形式,并绘制了磨损形式与载荷及磨料浓度的关系图.研究发现磨损形式与磨粒粒径关系不大;载荷较大或磨粒浓度较低时氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,反之则产生三体磨损.建立了磨损"接触刚度"理论公式,计算确定了实验条件下氮化硅陶瓷球磨损形式的转换点数值为20."接触刚度"小于20时,氮化硅陶瓷球表面发生二体磨损,反之则产生三体磨损.由此可预测不同研磨条件下氮化硅陶瓷球的磨损形式.

自冲铆接接头拉剪强度的数值模拟研究

针对自冲铆接接头拉剪强度的数值模拟方法进行研究。对0.7mm低碳钢+0.7mm低碳钢同种材料自冲铆接接头,0.7mm低碳钢+2mm铝合金的异种材料自冲铆接接头的剪切拉伸过程建立有限元模型,并对其剪切拉伸过程及铆钉与板材的受力变形情况和破坏失效模式进行了模拟和分析。从数值模拟结果可以看出,钢-钢同种材料与钢-铝异种材料自冲铆接接头遵循不同的破坏模式:在钢-钢自冲铆接接头拉剪过程中,铆钉从接头处脱出从而造成接头失效;而钢-铝铆接接头失效则发生在母材上。对模拟结果进行了试验验证,结果表明,有限元模拟结果与试验结果吻合良好。因此,综合考虑了材料接触形式和接头形状的有限元模型能够很好地预测该类接头拉剪过程的破坏模式和拉剪强度。

压印接头拉剪强度的有限元模拟

对压印接头进行了拉伸-剪切试验,用有限元软件对压印接头的拉剪过程和失效模式进行有限元模拟,并推导出了拉剪强度的预测公式。结果表明:根据压印接头的截面形状和尺寸,并充分考虑材料之间的接触形式和摩擦而建立的有限元模型,能够较好地预测压印接头的拉剪强度和失效模式;铝-铝和钢-钢同种材料的压印接头在拉剪载荷下的失效模式为上板在颈部最薄处断裂;提出的压印接头强度预测公式能准确预测接头强度,铝-铝接头和钢-钢接头拉剪强度的预测误差分别为4.6%和5.8%;拉剪强度主要取决于连接模具半径、上板材料强度和颈部厚度。

光纤端面研磨加工的表面质量

研究光纤端面研磨时高质量表面的形成机理已成为提高光纤连接器质量和制造效率的重要课题。选用粒度为0．5-6．0μm金刚石磨料砂纸,在KE-OFP-12型光纤连接器研磨机上对光纤端面进行研磨,发现光纤研磨加工存在脆性断裂、半脆性半延性和延性等三种材料去除模式,且材料去除模式主要由磨料粒度控制,磨料粒度为3μm 时,为其脆延转换的临界点,并从理论上对其进行了分析。试验证明以延性去除得到的光纤表面粗糙度远低于以脆性断裂去除得到的表面粗糙度,是提高光纤研磨表面质量的有效途径。光纤以延性模式研磨加工时,光纤表面粗糙度可达到5nm,其表面看不到任何划痕,可使光纤连接器的插入损耗及回波损耗等光学性能满足高速、宽带光纤通信的要求。

改进细菌群体趋药性算法在无功优化中的应用

为了克服细菌群体趋药性BCC(bacterial colony chemotaxis)算法容易陷入局部最优的缺点,在自适应调整细菌移动速度和感知范围的基础上引入了混沌优化。先将部分重叠或者陷入局部极值点的菌群映射为混沌序列,使其可以重新更优质的遍历分布于空间;然后通过逆映射得到菌群新的适应度值,提高了算法的全局搜索能力,并成功将其应用到电力系统的无功优化中;对Rastrigin函数进行仿真以及IEEE33节点配电系统进行计算分析。结果表明改进的算法具有很好的全局搜索能力,能有效降低系统有功网损,该算法是可行的。

基于EMD精密球研磨过程振动信号分析研究

精密球在研磨过程中产生的振动,会影响球体的表面质量,为了了解精密球研磨过程中的振动,引入经验模式分解(Empirical mode decomposition,EMD)方法,对精密球研磨过程中产生的振动信号进行分析研究.以D-800Ballpoli球体研磨机为实验对象,系统把采集到的复杂振动信号转化成简单电信号,对信号进行EMD分析处理,实验研究在不同的研磨压力、研磨速度以及研磨液质量分数的情况下,发现研磨过程中的振幅发生变化,研磨压力、研磨速度以及研磨液质量分数是研磨振动的影响因素.随着研磨时间加长,研磨振动幅度越来越小.在相同实验条件下,该方法较傅里叶波形分析方法更加直观方便.

湿热环境对双搭接复合材料接头剪切性能影响

湿热环境会影响复合材料胶接结构的性能,当胶接结构的两侧是不同的复合材料时,湿热环境产生的影响也有所不同。通过进行湿热前后的J-271胶膜试件及复合材料双搭接试件的静力拉伸试验,其中双搭接试件分别使用同种(A组)和异种(B组)复材板搭接。对比了湿热前后胶膜试件及双搭接试件的承载能力的变化,分析了湿热对双搭接结构破坏模式的影响。研究表明,胶膜拉伸试件湿热后拉伸强度降低了31.4%,A组和B组试件湿热后剪切强度分别降低了22.9%和46.3%。两组的常温试件失效模式为胶膜破坏和复合材料纤维撕裂并存,湿热后,两组试件均出现较大区域的胶层界面破坏。

搭接长度对钛合金-芳纶纤维复合材料单搭接接头胶接性能的影响

采用钛合金与芳纶纤维复合材料制备不同搭接长度的单搭接接头。利用数字图像相关技术(DIC)、万能试验机等表征方法,对接头拉伸应变与极限载荷进行表征,研究了搭接长度对异质材料单搭接接头胶接性能与破坏模式的变化规律。结果表明,随着搭接长度的增加,单搭接接头极限载荷提升,胶接强度降低,高搭接长度接头出现渐进损伤;偏心弯矩引起的接头偏移减少,搭接部位纵向应变区域面积占比降低;芳纶纤维复合材料层间破坏模式增多,钛合金‑胶层界面破坏模式减少,剥离复合材料层数增加。

动态拉伸荷载下温度对CFRP/钢板单搭接剪切接头力学性能的影响

采用真空辅助树脂灌注成型工艺（VARI）制作了CFRP，将CFRP和钢板利用环氧树脂胶黏结起来，制备了CFRP／钢板单搭接剪切接头。利用MTS液压伺服高速机测试了试件在恒定动态加载速率（0．625m／s）和不同温度（-25℃，0℃，50℃，10℃）作用下的力学性能。试验结果表明，接头的拉伸剪切性能（黏结强度、界面断裂能、剪切刚度）与温度具有相关性。在一定的范围（-25—50℃）内，随着温度的升高，接头的黏结强度和界面断裂能随之增大，但当温度超过环氧树脂胶的玻璃转化温度时，接头的黏结强度和界面断裂能急剧下降。不同温度下的破坏模式有所不同：在低温（-25℃和O℃）时，接头的破坏模式表现为钢板与胶层之间的界面破坏；在50℃时，接头的破坏模式表现为部分胶体分别残留在CFRP和钢板的混合破坏；当温度达到100℃时，接头发生胶层与CFRP之间的界面破坏。最后，通过数字图像相关技术（DIC）对不同温度下试件的搭接区域的FRP应变场进行了分析，结果表明搭接区域端部的应变大于内部的，且试件的破坏也从端部开始发生。

双材料Ⅲ型平板搭接界面端应力场分析

研究了各向同性与正交异性双材料Ⅲ型平板搭接界面端问题.利用复合材料断裂复变方法,根据任意角度的界面连续条件,讨论了含奇异指数λ的特征方程解的情况.通过求解一类调和方程组的边值问题,推导出Ⅲ型平板搭接界面端的应力场、位移场以及应力强度因子的表达式.讨论了2种双材料Ⅲ型平板搭接界面端,其结果显示各向同性与正交异性双材料Ⅲ型平板搭接界面端应力具有惟一幂次奇异性.

同轴三盘研磨方式的钢球研磨力学特性

对比总结了同轴二盘与三盘两种研磨方式有关钢球研磨的主要不同力学特点，阐明了同轴三盘研磨方式作为一种新型研磨方式的重要力学特性及其意义．

设备防雷防静电接地搭接装置的改进

针对石油石化设备接地搭接装置存在的弊端,介绍了一种新的接地搭接方式,改造后的接地装置便于拆装和接地电阻值的检测,与后续工序互不干扰。

胶厚对钛合金-复合材料接头胶接性能的影响

采用钛合金与芳纶纤维复合材料制备了不同胶层厚度的单搭接接头。利用DIC与万能试验机对接头进行了拉伸-剪切性能测试,研究了不同胶层厚度异质材料的接头胶接性能、应变场与破坏模式的变化规律,分析了在拉伸载荷下,不同胶层厚度接头的失效特点。结果表明,当胶层厚度由0. 2 mm增加至1. 2 mm时,接头极限载荷由6. 13k N降低至5. 89 k N,损伤后剩余强度降低,薄胶层接头出现渐进失效;复合材料端头高剥离与拉伸应变区域面积增加,厚胶层与被胶接件一同变形,导致接头提前失效;钛合金-胶层界面破坏模式增多,芳纶纤维复合材料层间破坏模式减少;接头在发生复合材料层间破坏后,仍能够保持较高的剩余强度,当钛合金-胶层界面遭到破坏后,易整体失效。

钛合金异种材料单搭自冲铆接头力学性能

为研究钛合金异种材料单搭自冲铆接头的力学性能,本文使用接头剖面直观检测法分析了四种铆接接头的成形质量,先后对铜-钛合金接头(H62-TA1接头)和钛-铝合金接头(TA1-AA5052接头)进行准静态力学性能测试,得到了两种接头的载荷-位移曲线。采用狄克逊准则剔除异常值,并通过变差系数法验证了试验数据的可靠性。研究结果表明:H62-TA1接头质量优于TA1-H62接头,TA1-AA5052接头质量优于AA5052-TA1接头;H62-TA1接头强度(5 177.8 N)高于TA1-AA5052接头(4 296.9 N),H62-TA1接头能量吸收值(21.9 J)大于TA1-AA5052接头(10.2 J);H62-TA1接头失效模式为铆钉拉出失效,TA1-AA5052接头失效模式为下板拉断失效。