基于一维梁理论模型的金属单搭粘接贴片接头强度分析

为了提高单搭粘接接头的强度,基于Goland和Reissner的一维梁理论模型,设计了单搭粘接贴片接头;对铝合金5052(AA5052)单搭粘接接头、AA5052单搭粘接贴铝片接头和AA5052单搭粘接贴铜片接头进行了拉伸-剪切试验,并通过有限元数值模拟获得3种接头破坏位置附近胶层的应力分布情况.结果表明:随着搭接端部刚度的增大,单搭粘接接头的强度逐渐增大,胶层中间部分的应力变化逐渐趋于平缓;与AA5052单搭粘接接头相比,AA5052单搭粘接贴铝片接头的强度提高了3.8%,AA5052单搭粘接贴铜片接头的强度提高了4.9%,从而验证了采用单搭粘接贴片接头的方法具有较好的可行性和有效性.

胶层尺寸对单搭胶接接头性能的影响研究

针对汽车车身中应用日益广泛的钢板胶接结构,通过试验得到了不同胶层尺寸对胶接接头承载能力的影响规律,建立了钢板单搭接头的三维弹塑性有限元模型,分析了胶层尺寸对胶接接头应力分布的影响。研究结果表明:随着胶层厚度的增加,胶接件的承载能力呈先升后降的趋势,合理的胶层厚度应为0.3～0.5mm;无论胶层厚度为多少,增加搭接区域胶层的长度或宽度,均会提高胶接件的承载能力。

粘接点焊单搭接头的静力分析

建立了粘焊单搭接头的力学分析模型，得到了粘焊结构中粘接剂层内的剪应力和剥离应力分布，并由此确定了粘接层的失效判据。同时，对粘焊结构进行了数值分析，所得到的粘接剂层内的应力分布与理论值吻合得较好，从而证实了所建理论模型的合理性。

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。

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。

Z-pin增强树脂基复合材料单搭接头弯曲性能

为了研究Z-pin对单搭接头弯曲性能的影响,制备了不同参数Z-pin增强单搭接头试样,研究了Z-pin单搭接头在三点弯曲载荷下连接性能。结果表明：Z-pin（直径0.5mm）体积分数从0%～1.5%时,弯曲载荷随Z-pin体积分数的增加而增加,体积分数在1.5%～3.0%范围内时,试样的弯曲载荷随Z-pin体积分数的增加而下降,Z-pin体积分数为1.5%时达到最大值1303.2N;Z-pin直径为0.3～0.7mm时（体积分数1.5%）,峰值载荷随着直径的增加而增加,0.7mm增强接头的弯曲载荷比0.3mm增强接头高出27.9%。Z-pin植入角度对单搭接头弯曲性能影响不大。另外,随着搭接长度的增加,单搭接头的弯曲性能提高。

5052铝合金单搭自冲铆接头微动疲劳损伤机理研究

采用5052铝合金单搭自冲铆接头进行疲劳试验,研究了微动疲劳损伤对单搭自冲铆接头疲劳寿命的影响。并运用扫描电镜和能谱仪对接头微动损伤区域进行了微观分析,研究了接头微动疲劳损伤机理。结果表明:在应力比为0.1、最大疲劳载荷为接头拉剪强度的80%时,接头疲劳寿命为36826次;最大疲劳载荷为接头拉剪强度的30%时,达到疲劳寿命极限200万次。接头疲劳寿命与其微动疲劳损伤程度有关,微动疲劳损伤会减弱接头的疲劳寿命。接头疲劳失效形式主要为下板沿铆钉扣处断裂,断裂方向与加载方向垂直。接头微动疲劳损伤过程可分为微动损伤阶段和微动疲劳阶段。在微动损伤阶段,微动磨屑在接头微动接触面不断产生。在微动疲劳阶段,脱层和微裂纹的出现导致接头失效。

考虑弯曲效应的混元胶接单搭接头应力模型

混元胶接接头是利用多种不同剪切弹性模量的胶层来传递被粘物载荷的单搭接头。它兼具胶层连续性连接和降低端头应力集中等优点,因此能充分利用被粘物材料性能(如复合材料)以提高接头强度。以典型双元胶接接头为对象,考虑加载作用线偏心引起的弯曲效应和胶层剥离正应力,建立被粘物为各向同性的线弹性双元胶接接头应力解析模型。理论模型中的胶层切应力、剥离正应力和上被粘物纵向正应力与精细有限元模型吻合得较好,证实了理论模型的正确性。参数研究中确定了影响混元胶层应力分布的关键耦合参数。

铝合金单搭压印接头疲劳性能研究

通过试验方法对Al5052铝合金单搭压印接头的疲劳性能进行研究。对接头进行了静强度试验、拉-拉疲劳试验和疲劳残余强度测试试验。结果表明,铝合金压印接头具有较好的疲劳性能。R=0.5、应力水平为最大静强度的95%时,疲劳寿命可以达到2×107以上,并且接头未发生破坏。经过疲劳测试后的试件其残余强度高于静强度,且应力水平越低强度越大,对应的位移和能量吸收有相同的变化趋势。试件失效形式与静强度试验的失效形式相同,为上板颈部断裂失效,但前者断口较平齐,断裂位置较高。

封闭条件下胶接单搭接头固化过程的实验与数值模拟

汽车板胶粘件外部环境的封闭条件对胶接接头的固化情况影响很大。文中对封闭条件下单搭胶接接头的固化过程进行了实验研究,找出了钢板单搭胶接接头搭接区域温度以及胶粘剂固化度随固化时间的变化规律。为了预测封闭单搭接头固化过程中胶层的固化度变化规律,根据热传导以及固化动力学理论对其固化过程进行三维数值建模,利用实验对模型计算结果进行了验证,通过数值计算发现,固化过程开始时,接头升温速度较慢、且接头整体温度分布不均匀,搭接区域温度较低、两端温度较高,随着固化时间延长,接头升温速率加快,而接头总体温度分布越来越均匀。

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。

多款胶黏剂对碳纤维复合材料单搭接胶接性能研究

为了研究不同体系胶黏剂对碳纤维复合材料基材的粘接性能,采用环氧树脂、丙烯酸酯、聚氨酯三种体系构成的7款不同的胶黏剂对碳纤维复合材料-碳纤维复合材料(CF-CF)进行胶接,并分别将其放置于室温和极限温度(80℃、-65℃)下进行拉伸剪切强度测试,以探究每种胶黏剂的力学性能和破坏模式,并将环氧胶黏剂在室温下对不同纤维类型的复合材料(T700-12K碳纤维复合材料、T300-3K碳纤维复合材料和玻纤复合材料)进行胶接性能测试,探讨碳纤维和玻璃纤维复合材料的粘接机理,进而选出性能最优的胶黏剂,为航空航天与汽车等领域中碳纤维基材之间胶黏剂的选择提供借鉴。

混元胶接单搭接头的应力与刚度分析

拉剪胶接接头的峰值应力常发生在搭接区端头,而中间区的应力非常小,为降低应力集中,提高接头强度和连接效率,系统研究胶层变刚度的混元胶接技术,将高弹性模量的脆性胶置于中间区,而低模量的韧性胶置于搭接区边缘。以胶接理论为基础,考虑被粘物剪切应变,建立单搭拉剪混元胶接接头的线弹性应力和刚度解析模型。理论模型中的正应力和剪应力与有限元模型吻合得较好,证实理论模型的正确性。有限元和解析解均表明,混元胶接接头在搭接区端头的峰值剪应力分别较单一刚性胶和柔性胶胶接时下降了52.1%和24.4%,参数研究中确定了影响混元胶接接头应力和刚度分布特征的关键耦合参数。

复合材料单搭接头的剪切强度对比实验研究

在常温和湿热高温的环境下,分别进行了三种不同的成型工艺(RTM、引入缝纫的RTM和胶接)制备的单搭接头的剪切强度实验,研究了成型工艺对单搭接头的剪切强度的影响,并根据实验现象分析了单搭接头的剪切破坏机理。实验结果表明:引入缝纫的RTM成型试样的剪切强度性能最高,而胶接成型试样的剪切强度最低;环境温度对RTM和引入缝纫RTM成型试样的剪切强度影响不大,而对胶接成型试样的剪切强度有较大影响。

螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响

由于装配需要或者制造误差等因素的影响,连接板的螺栓与螺栓孔之间不可避免地存在间隙,而且间隙的变化对连接板的模态频率有一定的影响。通过研究螺栓与孔间隙对单搭单螺栓连接板模态频率的影响机制,讨论一种基于变通孔直径的螺栓连接动力学设计方法。首先,基于ABAQUS软件和Python语言,建立了包含变通孔直径的单搭单螺栓连接板有限元计算模型;然后,探讨了螺栓连接板在一端固支、两端固支两种边界条件下螺栓与孔间隙变化对连接板模态频率的影响机制;最后,提出了一种基于变通孔直径的螺栓连接板动力学设计方法。结果表明:当通孔直径为螺栓直径的1.02~1.20倍时,通孔直径的变化对螺栓连接板各阶固有频率的影响可忽略;通孔直径大于螺栓直径的1.21倍时,其变化对连接板模态频率有明显的影响,且影响程度各异。研究表明在特定激励环境下可通过改变通孔直径来改变系统模态频率,从而避免结构共振。该方法为螺栓与孔间隙对复杂螺栓连接系统固有频率的影响分析提供了参考,也为螺栓连接系统的抗振疲劳设计问题提供了思路。

RTM复合材料单搭接头力学性能研究

在常温环境下,进行了RTM成型工艺制备的复合材料单搭接头的剪切强度实验,记录并处理了实验数据;根据实验现象分析了单搭接头的破坏机理;建立了RTM复合材料单搭接头的三维(3D)有限元模型,模拟了搭接头的拉伸剪切破坏过程,并预测了搭接头破坏位置与破坏载荷,预测结果与实验现象吻合良好。

复合材料单搭胶接接头静力与疲劳裂纹扩展研究

胶层裂纹是复合材料胶接接头的常见损伤形式之一,严重影响复合材料结构的完整性。以胶接结构中常见的复合材料单搭胶接接头为研究对象,建立其三维数值模型,采用双线性内聚力本构关系表征静态裂纹扩展,并将静态模型扩展至疲劳裂纹扩展模型;结合静力与疲劳试验,对单搭胶接接头的应力应变分布规律、裂纹扩展与破坏机理展开研究。结果表明:单搭胶接接头在静力和疲劳载荷下,由于偏心拉伸应变呈非线性变化,搭接区域两端由于应力集中首先出现裂纹,由两端向中央区域扩展并迅速贯穿整个搭接区域,静力失效模式为内聚破坏,疲劳断面为界面脱胶。

铝锂合金T型及单搭异种板压印接头力学性能研究

通过剥离和拉伸-剪切试验研究了铝锂合金(1420)和钛合金(TA1)的异种压印T型和单搭接头的力学性能,获得了每组接头的载荷-位移曲线和能量吸收直方图。结果表明,TA1-1420接头的成形质量优于1420-TA1接头;单搭接头失效载荷远大于T型接头,T型接头失效位移远大于单搭接头。因此,TA1-1420接头更适合对承载能力和缓冲抗震要求较高的结构;T型接头更适合小载荷大位移的结构,单搭接头更适合大载荷小位移的结构。

层合板单搭胶接接头应力的三维有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件,用APDL语言开发了相应的程序,研究T700/TDE86复合材料层合板单搭胶接接头在单向拉伸载荷作用下的胶层中面及界面应力,分析了接头界面最大剪切/剥离应力值随胶层厚度尺寸变化的规律,模拟了接头在胶层厚度中间面上的三维应力分布情况.结果表明,明显的剪切/剥离应力集中均发生在接头搭接区端部,影响接头强度的主要因素是剪应力;伴随胶层厚度的增加,接头界面最大剪应力值先减小再增大,而最大剥离应力值则逐渐增大,接头界面剪应力最小值发生在胶层厚度为0. 25 mm的接头,即为胶接接头胶层厚度的较优值.

碳纤维复合材料胶接单搭接接头的力学研究

随着复合材料在航天技术和汽车工程的广泛应用,复合材料胶接工艺在实际工程应用中获得了举足轻重的地位,胶接工艺技术得到更加快速的发展。本文对碳纤维复合材料单搭接接头建立力学模型,加载横梁弯曲理论估算的载荷,分析胶接接头的剪应力和正应力分布情况,验证了材料屈服强度估算接头能承受的最大拉伸力的合理性。