复合材料双搭接接头拉伸强度研究

对不同胶层厚度的复合材料双搭接接头拉伸强度进行了试验研究,结果表明接头的破坏模式是胶层剪切破坏,并且接头的极限强度随胶层厚度的增加而增大。在此基础上建立解析模型对复合材料双搭接接头胶层剪切破坏进行研究,模型中考虑了复合材料层板单层的各向异性及胶层的理想弹塑性材料属性,通过与有限元模型计算结果进行对比,验证了解析模型在计算胶层剪切应变/应力分布时的有效性。解析模型使用最大剪切应变准则计算接头的极限拉伸强度,计算得到的接头极限强度与试验结果吻合良好。

铝胶焊双搭接接头上应力分布的数值分析

用弹塑性有限元法研究了胶粘剂弹性模量和焊点相对位置对铝胶焊双搭接接头胶层中应力分布的影响.结果表明,胶粘剂弹性模量对铝胶焊双搭接接头胶层中部和界面附近的应力分布的影响较为显著,采用低弹性模量胶粘剂使得焊点的承载作用突出;采用高弹性模量胶粘剂时,胶层所承担载荷增加.焊点中心位置对铝胶焊双搭接接头胶层中部的应力分布有一定影响,随焊点中心向搭接区左侧移动,铝胶焊双搭接接头胶层中部的应力峰值逐渐增大,等效应力由焊点中心与搭接区中心重合时的55.2MPa增大到焊点中心距搭接区中心7 mm时的77.4 MPa,增幅达40.2%.因此采用低弹性模量胶粘剂和使焊点中心与搭接区中心重合可以有效提高接头的承载能力.

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。

基于粘弹性本构模型的双搭接胶结接头应力分析

采用广义Maxwell(麦克斯韦尔)粘弹性本构模型表征胶黏剂的时间相关力学特性,采用Yeoh本构模型描述橡胶材料的超弹性,建立了钢-橡胶双搭接胶结接头的有限元计算模型.在此基础上分析了加载时间对接头粘接界面剪切应力的影响.计算结果表明,剪切应力随着加载时间的增长而减小.此外,分析了胶层厚度对接头粘接界面剪切应力的影响,随着胶层厚度的增加,剪切应力增大.

高温下双搭接钢-CFRP板胶粘界面力学性能试验

高温环境下钢-碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)板的胶粘界面是CFRP粘贴加固钢结构的薄弱环节。为掌握温度对钢-CFRP板胶粘界面力学性能的影响,制作了双搭接接头试件,开展了3种胶粘剂在4种温度下(25℃、55℃、70℃和90℃)的静力拉伸试验。探索了接头试件的破坏模式、荷载-位移关系、CFRP板表面应变分布、界面剪应力分布和粘结-滑移关系等。结果表明:当温度低于55℃时,试件的破坏模式与胶粘剂种类相关性更大,当温度高于70℃时,不同胶粘剂的破坏模式具有相似性,且均出现了CFRP板撕裂。温度对不同胶粘试件的承载力影响存在差异,HJY-4105高韧性环氧树脂结构胶粘剂(HJY胶)试件的承载力随温度的升高而增大,LICA-100A/B环氧树脂结构胶粘剂(LICA胶)试件的温度稳定性较差,Sikadur-30CN双组份环氧结构加固碳板胶(SIKA30胶)试件在55℃时承载力最高。随着温度升高,胶粘层的剪切强度、界面剪应力峰值和剪切刚度下降,胶粘剂的延性增加,峰值剪应力不影响试件的抗拉强度。温度对粘结-滑移关系的影响显著,HJY胶随着温度的升高,粘结-滑移本构的延性增加,破坏模式由脆性破坏变为延性破坏。研究表明:合理的耐高温胶应用于钢结构加固,能适应自然高温环境的不利影响。

温度变化对复合材料双面搭接接头拉伸强度的影响分析

介绍了复合材料三种连接方式之一——胶接。对双面搭接接头进行了有限元建模,在不同的高温环境下进行拉伸试验,运用相关的失效准则,分析判断复合材料胶接接头的破坏形式,确定温度对破坏形式的影响。通过试验,验证了分析的正确性,对复合材料胶接接头的强度校核及设计改进有重要的指导作用。

搭接长度对CFRP-Al双搭接接头应变分布和失效模式的影响

首先,采用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)与Al制备不同搭接长度双搭接胶接试验件,利用万能试验机进行拉伸试验,获得载荷-位移曲线和胶接接头失效形貌。然后,依据试验数据,基于连续损伤力学模型和3D Hashin失效判据模拟CFRP层合板损伤与演化,使用内聚力模型模拟胶层和基体损伤,获得CFRP层间应力分布与截面应力分布曲线。最后,在此基础上分析不同搭接长度下双搭接接头载荷-位移曲线与接头破坏模式,研究CFRP内部铺层应力分布对失效形貌影响,探究不同搭接长度下双搭接接头破坏机制。结果表明:搭接长度由20mm增加至40mm时,胶接接头力学性能显著提高;搭接长度大于40mm后,搭接长度对力学性能的影响逐渐减弱。拉伸载荷导致90°纤维附近基体的1和2方向应力较大,产生应力集中,接头发生剪切与剥离破坏。双搭接接头失效过程为一侧发生剪切与剥离破坏,接头转变为单搭接结构,之后瞬间发生失稳,较大的剥离力使接头另一侧发生破坏。

TC4钛合金搭接接头双侧激光角焊的组织与性能

采用在基材预制'台阶'的方式来替代送丝,探索了TC4钛合金双侧角焊搭接接头无填丝激光焊接工艺,研究了焊接接头的宏观成形、微观组织和力学性能。结果表明,在激光功率1.1 kW、离焦量0 mm、光束入射角度60°、焊接速度3 m/min的焊接工艺下,采用尺寸为1.0 mm×1.0 mm的'台阶'可以获得焊缝填充饱满,无咬边缺陷,成形良好的双侧激光角焊搭接接头,接头拉剪强度达到965.1MPa,断裂位置在TC4母材上。搭接接头焊缝区组织由β柱状晶以及针状马氏体α′相组成;热影响区由初生的α相和针状马氏体α′相以及少量的粒状β相组成。

1350mm双焊轮窄搭接焊机4点对中控制技术

介绍了迁钢公司无取向硅钢生产线机组1350mm双焊轮窄搭接焊机4点对中控制系统的构成和控制流程。

贴敷约束阻尼层的螺栓连接板半解析动力学建模及减振分析

在太空环境中太阳翼帆板的振动难以抑制,因此太阳翼帆板的减振研究至关重要。利用双搭接螺栓连接板结构模拟太阳翼帆板的展开状态,研究了通过贴敷约束阻尼层对其进行振动抑制的方法。创建了贴敷“H型”约束阻尼层双搭接螺栓连接板结构的半解析动力学模型,包含:利用层间剪切变形原理,推导了约束阻尼层结构的应力应变关系,用复模量表征黏弹性层的阻尼特性;考虑螺栓的影响区域,提出用复面弹簧单元和修正质量模拟双搭接螺栓结合部的刚度、阻尼和质量特性;引入正交多项式作为位移容许函数,利用拉格朗日方程和Hamilton原理建立了局部贴敷“H型”约束阻尼层的螺栓连接薄板的动力学方程。进行了实例研究,通过组建的试验系统证明了所创建的复合结构半解析模型在求解固有特性及振动响应参数方面的合理性,同时试验及半解析模型计算结果均证明约束阻尼层对双搭接螺栓连接板具有减振效果。最后,基于所创建的半解析模型分析了贴敷面积及约束阻尼层厚度对双搭接螺栓连接板减振效果的影响。

复合材料胶接搭接接头应力分析方法研究

胶接是复合材料结构主要连接方法之一,对胶接接头进行应力分析是保证复合材料安全性、耐久性的关键。在初步设计阶段,一般采用解析方法对胶接接头进行应力分析及参数研究。针对复合材料双搭接和单搭接胶接接头,在Tsai等人的理论分析方法(TOM方法)基础上,提出了一种改进的搭接接头剪应力分析方法,该方法考虑了被胶接件的剪切变形,认为被胶接件只有在靠近胶层的半个厚度上产生剪切变形,剪应力沿该半厚度呈线性分布。算例分析结果表明:本文方法比现有的分析方法更接近于有限元模拟结果,可用于估算复合材料胶接接头剪应力分布。

复材双搭胶接结构应力分析与试验研究

飞机复材结构连接的趋势是向着无紧固件方向发展,常采用双搭胶接连接,该连接接头处的胶层剪应力分布是分析双搭胶接连接强度和预测整体复材结构失效的关键问题。建立了基于经典弹性理论的复材双搭胶接结构应力分析理论模型,得到了胶层剪应力分布的解析解,并与根据所测得应变提出的基于经典弹性理论和基于经典层压板理论的应力计算方法得出的胶层剪应力分布结果相比较。结果表明:胶层剪应力分布曲线吻合度较高,峰值相差不超过10.9%。

机身蒙皮划窝对结构细节疲劳额定值的影响

飞机机身蒙皮疲劳破坏是需要重点关注的问题,为评测连接方式(沉头与平头)对其疲劳性能的影响,选取典型双剪搭接结构进行试验研究。通过试验测定结构疲劳寿命,计算得到结构细节疲劳额定值(DFR)。可以得知,沉头结构DFR值降低了约22%。利用理论方法计算结构DFR值,对比试验数据,两种方法平均误差为2.10%,验证理论方法的可靠性,为机身蒙皮结构疲劳性能的研究提供参考。计算不同蒙皮厚度下结构DFR值,得知平头结构随蒙皮厚度增加DFR值逐渐下降;对于沉头结构,蒙皮厚度太大或太小均会降低结构DFR值,选择1.5 mm、1.8 mm厚度蒙皮较合适。

固化剂对室温胶黏CFRP板/钢板界面性能的影响

基于自研的纳米SiO_(2)环氧树脂胶黏剂配比,制作了室温固化的21个胶黏剂拉伸试件、20个碳纤维增强复合材料(CFRP)板/钢板双搭接接头试件,进行了胶黏剂拉伸力学指标及搭接试件承载能力、有效黏结长度、传力模式和黏结滑移本构等试验研究,得到了固化剂种类及掺量对搭接试件界面黏结性能的影响规律.结果表明:固化剂种类和掺量不同的7种胶黏剂的拉伸强度依次为GY34(基于缩氨105和聚醚氨D230按质量比1∶2复配的胶黏剂)>GY35(基于聚醚氨D230的胶黏剂)>GY31(基于缩氨105的胶黏剂)>GY2(基于改进酚醛胺GR07的胶黏剂)>GY33(缩氨105和聚醚氨D230按质量比1∶1复配的胶黏剂)>GY1(基于芳香氨BD11的胶黏剂)>GY32(基于缩氨105和聚醚氨D230按质量比2∶1复配的胶黏剂);搭接试件的抗剪承载力依次为GY34-S>GY31-S>GY35-S>GY2-S>GY33-S>GY1-S>GY32-S;GY31-S、GY35-S、GY34-S的破坏模式为CFRP板层离,其界面胶层黏结强度大于CFRP板内层间剪切强度;各CFRP板/钢板搭接接头有效黏结长度为50~80 mm;4种采用单一固化剂粘接的搭接试件的黏结滑移曲线均为双线性三角形模型;采用GY34粘接的搭接试件的黏结滑移曲线为三线性直角梯形,界面韧性能得到提升.

高温对CFRP板/钢界面力学性能的影响

针对结构加固常用胶粘剂耐高温性能差的现象,采用一种新型高强度胶粘剂(环氧载体胶膜),运用动态热机械分析法,获得了该胶膜的动态力学性能温度谱。制作了9个CFRP板/钢双搭接接头试件,分别在3种不同环境温度下进行了拉伸实验,并对试件的破坏模式、承载力及传力规律等进行了研究。研究结果表明:该胶膜基于储能模量的玻璃转化温度为69.5℃,远大于常用胶粘剂的玻璃转化温度;试件的极限承载力随着温度的升高而降低,70℃时试件的极限承载力相对于40℃时的只下降了8.4%,表明该胶膜的耐高温性能良好;温度越高,试件的有效粘结长度越长。实际工程加固时,应根据环境温度选择合适的碳纤维增强复合材料粘结长度;加载过程中,峰值剪应力逐渐向接头CFRP板端移动,在同等荷载(如:150 kN)作用下,温度越高,试件界面的剥离程度越大。

湿热对胶黏剂及CFRP-钢接头力学性能的影响

为探索湿热耦合作用对胶粘CFRP加固钢结构界面耐久性的影响,基于团队研制的纳米材料增韧环氧胶黏剂,对胶黏剂胶体及CFRP-钢双搭接接头在20、55、70℃水环境下进行了30、60 d的加速老化试验,测试胶黏剂胶体浸泡后的动态力学性能、拉伸性能和CFRP-钢双搭接试件浸泡后的力学性能,并与未浸泡试件的试验结果进行比较,分析湿热温度和浸泡时间对胶黏剂及CFRP-钢双搭接接头力学性能的影响规律。研究结果表明:20℃的水浴浸泡下,胶黏剂的拉伸强度与玻璃化转变温度随浸泡时间呈下降趋势,浸泡60 d的拉伸强度与玻璃转化温度分别下降16.3%、7.6℃;55、70℃水浴浸泡30 d,胶体拉伸强度变化较小,玻璃转化温度升高11.5℃;70℃水浴浸泡60 d,拉伸强度下降27.8%。经20、55、70℃水浴浸泡30 d后,CFRP-钢双搭接接头极限荷载较初始值分别下降了2.13%、8.13%、11.83%。接头强度的退化原因主要是湿热老化,其降低了CFRP板/胶层界面及钢/胶层界面的黏结强度。

燃煤电厂FRP排烟筒筒体对接接头的结构优化

为了优化燃煤电厂悬挂式玻璃纤维增强塑料(FRP)排烟筒筒体之间对接接头连接结构,采用理论计算分析以及对FRP筒体双搭接结构试验件进行拉伸实验的方法,分别研究了搭接区域的厚度、倒角结构和筒体末端预胶接对FRP排烟筒对接接头的拉伸强度、破坏载荷以及破坏形式的影响。结果表明:接头连接试验件的拉伸强度随着搭接区域厚度的增加呈现先增加后减小的趋势,破坏载荷先增加后趋于稳定,当搭接区域厚长比达到8.5%时,拉伸强度和破坏载荷达到最大值;搭接区域倒角结构和接头末端预胶接能够提高接头连接件的拉伸强度和破坏载荷;随着搭接区域厚度的增加,接头连接试验件的破坏形式出现纤维断裂破坏、搭接区域剥离破坏和被连接件的剪切分层破坏。最后,建议FRP排烟筒接头采用倒角和预胶接结构形式,以提高排烟筒的整体受力性能。

双代号搭接网络向VCPM网络转化模型研究

以关键路线法(Critical Path Method,CPM)网络计划图示模型为目标,将双代号搭接网路计划中的搭接关系转化为持续时间不为0的虚工序,即通过增加带持续时间的虚箭线(搭接虚工序)代替搭接关系,把双代号搭接网络转化为VCPM(Virtual Critical Path Method,VCPM)网络.首先将双代号搭接网络中的所有搭接关系转化为结束到开始(Finish-To-Start,FTS)关系;然后在具有搭接关系的实工序之间增加搭接虚工序代替搭接关系构建VCPM网络计划,使其拥有CPM图示模型的直观性;最后其时间参数的计算规则和关键线路的确定以CPM为基础进行改进.

搭接双开敞状态中的吸力分析

基于热力学理论,对非饱和理想模型的水封闭状态、搭接双开敞状态和不搭接双开敞状态的临界条件进行了研究。给出了搭接双开敞状态中的作用面积和张力吸力,得到了基质吸力和等效基质吸力、张力吸力和等效张力吸力随饱和度的变化规律。建议的方法能够反映土的矿物成分对各种吸力和强度的影响。并进一步得到,随饱和度变化,2种等效吸力的变化幅度小于相应吸力的变化幅度等规律。

P2352W-19预浸料与可剥布匹配性研究

为了进一步了解P2352W-19预浸料匹配可剥布对胶接质量的影响,使用干态和湿态聚酯可剥布处理待胶接表面,并通过Ⅰ型双悬臂梁断裂韧性试验和双搭接剪切试验来考察可剥布处理后试验件的胶接表面力学性能表现,将试验结果结合试验件破坏模式进行分析。研究了层板材料匹配两种高温胶膜的共胶接及二次胶接质量,确定了P2352W-19预浸料最佳匹配可剥布。