厚胶层复合材料弱粘接结构的超声反射特性

开展了复合材料粘接结构粘接质量的非接触式超声反射特性的仿真与实验研究。首先,建立了水浸环境下纤维增强复合材料(FRP)单层板时域仿真模型,数值分析了不同入射角度下声反射系数频率谱的变化规律,并与已有理论方法进行了对比验证。基于此,建立了含厚胶层的复合材料粘接结构反射特性时域仿真模型,分析了粘接界面弱化程度对超声反射系数频谱特征点的影响规律。基于水浸超声反射特性测量系统,实验萃取了完好粘接状态的FRP粘接结构的超声反射系数频谱,与仿真结果吻合良好。随后,制备了具有不同粘接界面状态特征的FRP粘接结构试样,从实验角度揭示了单/双粘接界面弱化状态与超声反射特性间规律性的偏移特征。基于不同粘接状态与超声反射特性间的规律性分布特征,可为厚胶层复合材料粘接结构的粘接质量评估提供新的研究思路。

基于材料时变参量的挖补修理胶层内剪应力研究

以AS4/3501-6材料的挖补修理为研究背景,基于材料热、力学参数的时变特性,分别为补片和胶层建立了热-力-化学多物理场耦合的有限元模型,研究了不同挖补角度和胶层厚度对胶层残余剪应力的影响,探索了不同挖补修理设计方案下的修理过程中胶层残余剪应力分布。结果表明:挖补角度、胶层厚度的增大均会加剧胶层残余剪应力集中;减小挖补角度,可有效降低胶层残余剪应力及沿胶层径向平均剪应力梯度;3°挖补角度下胶层径向中点残余剪应力比15°下降低17%,径向平均剪应力梯度降低92%;减小胶层厚度,胶层残余剪应力减小但平均剪应力梯度增大,0.3 mm胶层厚度下胶层径向中点残余剪应力比1.5 mm下降低15%,径向平均剪应力梯度升高30%。经验证三维有限元模型及计算方法正确,为改进修理工艺、提高修复质量提供了依据。

粘接胶层对天线罩冲击动态响应的影响

为了分析冲击环境下粘接胶层对天线罩结构冲击响应的影响,建立了天线罩结构计算数学模型,并基于有限元方法分析了天线罩粘结胶层的存在性、可压缩性以及胶层的厚度对天线罩冲击响应的影响。结果表明:胶层的存在和可压缩特性降低了弹性波波速,进而延缓了天线罩的响应速度;胶层的厚度增加在不改变传递速度的情况下延长了传递时间,进而导致天线罩的响应速度变慢。

T型长桁加筋壁板胶层厚度的影响因素研究

胶层厚度对加筋壁板胶接强度至关重要。以四筋T型长桁加筋壁板为对象,采用三坐标机测量了T型长桁的回弹变形,对壁板进行胶接面剖切观察并测量了胶层厚度,研究了T型长桁回弹变形、缘条宽度和缘条边缘倒角对加筋壁板胶层厚度的影响。同时,采用有限元软件ABAQUS对T型长桁回弹变形和缘条受压变形进行了仿真计算。结果表明,本试验中的T型长桁的回弹变形约0.4°~0.5°,回弹变形对胶层厚度具有明显影响。当缘条宽度22mm时,长桁边缘到长桁腹板胶层厚度呈现由厚再到薄的变化趋势;当缘条宽度73 mm时,长桁边缘到长桁腹板胶层厚度呈现由薄到厚再到薄的变化趋势。长桁边缘倒角可以有效地改善长桁边缘附近的胶层厚度,避免该位置由于蒙皮褶皱导致的胶层厚度突变,进而提高胶接质量。在实际零件研制过程中,可以从以上几个方面进行控制,改善胶层厚度,保证零件胶接强度。

增粘剂对机车车辆制动软管外胶层性能影响

研究了热塑性酚醛树脂增粘剂对三元乙丙橡胶(EPDM)胶料和机车车辆制动软管外胶层性能的影响。结果表明:随着增粘剂添加量的增加,EPDM胶料与聚酯线绳的粘合强度增大,EPDM胶料的物理机械性能和耐热氧老化性能则先增大后减小。增粘剂可以提高制动软管外胶层与骨架层的粘合强度,但当添加量增加至10份时会降低外胶层的耐臭氧性能。

不均匀胶层对CFRP-混凝土弧形界面应力状态影响

受输水隧洞洞内水流冲刷的影响,衬砌混凝土表面的凹凸不平会导致胶层局部厚度发生改变。采用有限元方法研究了胶层厚度的不均匀对CFRP-衬砌混凝土界面应力状态的影响。基于“实体-弹簧-实体”三维有限元模型,在胶层单元以及衬砌混凝土单元内设置缺口以模拟凸台、凹槽以及气泡的存在;通过改变缺口的位置、深度和长度,分析了不同缺口条件下加固界面应力状态的变化规律。研究结果表明:相对于凸台和凹槽两种界面缺陷而言,气泡的存在对CFRP-衬砌混凝土界面应力状态的影响最为不利;随着气泡深度和长度的增加,界面径向应力的集中程度明显提高。故在CFRP粘贴完成后,对于CFRP的粘贴质量应进行详细检查,对于存在气泡的部位,建议采用针管注胶等方式进行处理。

胶层固化对反射镜面形影响的仿真与试验

研究了用厚胶层进行光学零件之间的黏结操作时,胶层固化后其收缩力对反射镜面形的影响。首先,分析了胶层固化过程中胶层对光学元件产生拉应力的原理,找到了胶层固化过程中产生收缩力的主要因素。其次,建立了反射镜胶结组件的有限元模型,采用等效热变形法仿真分析了胶层收缩对反射镜面形的影响,分析发现胶层的等效线胀系数不能直接采用收缩率代替,而将材料的收缩率转换为胶层的等效线胀系数后,分析结果与试验结果吻合较好。最后,提出了减小胶层收缩对反射镜面形影响的改进方案。试验结果表明:黏胶方案改进后,胶层固化过程中的收缩力引起反射镜中心区域鼓包的PV值从0.574λ减小为0.064λ,镜面面形均方根值从0.127λ减小为0.038λ,这些结果显示胶层固化过程中产生的收缩力对反射镜面形的影响得到了显著改善。

单搭接接头胶层中的温度应变研究

通过应变仪测定了由钢制单搭接胶接接头上的胶层于室温下固化时产生的收缩应变和固化结束后因环境温度波动所引起的纵横向应变。结果表明,在试验条件下,最初12h时间内测得搭接部胶层内的纵横向应变为收缩应变,随后在大约3℃的环境温差作用下呈以24h为周期的变化,纵向应变高于横向应变。对结构钢-胶层界面上的内应力形成过程作了初步分析,指出胶层中存在的交变应力可能是导致老化和金属-胶层界面结合的早期破坏的主要原因之一。

FRP-重组竹复合梁的胶层应力研究

胶层是影响FRP-重组竹复合梁力学性能的重要因素。以FRP-重组竹复合梁为研究对象,开展了2组复合梁的四点弯曲试验,通过测量FRP表面应变得到了胶层界面平均切应力。研究结果表明,胶层界面切应力可分成弯剪段、过渡段和纯弯曲段3个区域,在弯剪段,当FRP的厚度增加时,胶层界面应力也近似成倍增加,而纯弯曲段的胶层界面应力均保持在0值附近。

胶层厚度对胶连接接头承载力的影响机理与控制

为了明晰胶层厚度对胶连接接头承载力的影响机理,采用试验、数值模拟和理论分析相结合的方法研究了胶连接接头承载力与胶层厚度的关系,据此提出了控制技术,并通过试验证明了该技术的有效性。试验发现,随着胶层厚度的增加,初期承载力增加,但是进一步增加胶层厚度,接头破坏模式由剪切破坏变为剥离破坏,承载力明显下降。研究表明,当胶层较薄时,剪应力是接头破坏的控制因素,胶层厚度增加会降低剪应力集中,故承载力提高;而当胶层厚度增加到一定程度时,剥离应力成为接头破坏的控制因素,剥离应力明显增加,故承载力下降。

反射镜无热装配中胶层厚度的计算及控制

为了实现空间遥感器反射镜无热装配,对反射镜粘接镶嵌件时胶层厚度的计算及控制胶粘厚度的方法进行了研究。首先介绍了工程中常用的计算反射镜无热装配胶层厚度的方法及胶层厚度控制工艺,主要描述了工装保证法、精密测量法和工装测量结合法,给出了各种方法的优缺点及局限性。针对目前胶粘工艺控制胶层厚度存在的问题,提出采用具有不同直径规格的空心玻璃微珠来控制胶层厚度的方法。拉伸试验验证了添加了空心玻璃微珠的光学环氧胶比纯光学环氧胶的力学性能提升了20%;利用平面反射镜粘接镶嵌件的试验表明,依靠填充空心玻璃微珠保证胶层厚度的胶粘工艺方法能够保持反射镜面形值,同时证明了胶层计算方法可以应用于空心玻璃珠的直径选择。提出的胶层厚度计算方法及玻璃微珠胶粘工艺可以实现反射镜无热装配,目前已应用于某在研项目。

基于ECT的复合材料构件胶层缺陷检测

航空用复合材料构件在制造和服役过程中不可避免会产生各种缺陷及损伤。通常复合材料构件是粘贴在基体上使用,针对其粘接胶层缺陷和损伤,提出了一种基于同面阵列电极传感器ECT技术的无损检测方法。基于电容边缘效应,利用同面阵列电极传感器,以循环激励方式工作,根据复合材料构件胶层内部缺陷/损伤对材料介电特性的影响,进行缺陷/损伤检测。通过仿真和实验研究了复合材料构件典型胶层缺陷与阵列电极传感器电容变化量的关系,并基于线性反投影算法对其成像。研究结果表明基于电容敏感机理的同面阵列电极传感器对复合材料构件胶层缺陷检测的可行性和有效性。

铝对豌豆根边缘细胞存活率和粘胶层厚度的影响

根边缘细胞(Root border cells)是从根冠游离并聚集在根尖周围的一群特殊细胞,铝毒的作用部位正是根尖,因此推测边缘细胞在铝毒反应中起着重要作用.作者研究了不同铝浓度(0、50、100、250、500 (mol/L AlCl3(含0.1 mmol/L CaCl2, pH4.5)与离体豌豆(Pisum Sativum)根边缘细胞共培养1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、24 h后根边缘细胞存活率、粘胶层厚度及细胞数量的变化,以揭示铝毒胁迫边缘细胞的响应.结果为:随着处理时间的延长,边缘细胞的存活率明显下降;在0～100 (mol/L铝浓度范围,边缘细胞存活率有随铝浓度升高而降低的趋势;8 h及24 h边缘细胞存活率为铝浓度500 (mol/L时显著高于0、50、100和250 (mol/L时,6 h边缘细胞存活率为250和500 (mol/L铝浓度时显著高于0、50、100 (mol/L AlCl3时.随处理时间延长,边缘细胞数量降低,铝浓度100,250和500 (mol/L时边缘细胞数量低于0和50 (mol/L时,且铝浓度越高,细胞数量越少;随处理时间延长和铝浓度升高,粘胶层相对面积增加,铝浓度500和250 (mol/L时粘胶层相对面积增加尤为明显.通过与pH 7.01水溶液及pH 4.50水溶液中粘胶层变化的比较,发现粘胶层在铝处理8 h后出现一个峰值,可能是粘胶物质的诱导合成和分泌.研究结果表明,铝毒对根边缘细胞具有致死效应,这种致死效应在一定浓度范围符合剂量依数性关系,高浓度时则边缘细胞存活率反而升高,这与根边缘细胞对铝毒作出的适应性响应--粘胶层的增厚和细胞降解增强有关.粘胶层起着保护和减轻边缘细胞铝毒的作用.

铝、硼对豌豆原位根边缘细胞粘胶层厚度的影响

在缺硼和施硼红砂土上种植并收获豌豆种子后,采用雾培法培养豌豆根及根边缘细胞,并于5 h、16 h、24 h4、4 h在雾培液中加入500μmol/L AlCl3(pH 4.5),培养至48 h后,测量豌豆根边缘细胞粘胶层相对面积,探讨硼和铝对豌豆原位根边缘细胞粘胶层变化的影响。结果显示:正常条件下豌豆原位根边缘细胞粘胶层相对面积随时间延长无变化;与pH 6.5的对照相比,酸性条件下(pH 4.5)豌豆根边缘细胞粘胶层相对面积显著变小,且随处理时间延长减小幅度越来越大。与相同pH溶液(pH 4.5)相比,加铝处理边缘细胞粘胶层相对面积显著大于不加铝处理;而与pH 6.5的对照相比,加铝处理后粘胶层相对面积却显著减小。硼对边缘细胞粘胶层无明显影响。结果表明:酸性条件引起原位边缘细胞粘胶层变薄,在酸性条件下加铝处理又引起粘胶层增厚;而硼对边缘细胞粘胶层无明显影响。

不同胶层厚度单搭接接头剪切试验与强度预测

对不同胶层厚度的单搭接胶接接头进行拉伸载荷的剪切试验,对比胶层厚度以及胶瘤等因素对搭接接头强度的影响,通过有限元数值仿真,模拟不同胶层厚度试验件在接头破坏位置附近的等效应力情况,得出随胶层厚度的增加接头强度逐渐减小、端部胶瘤降低了粘接表面应力峰值从而提高接头强度等结论。同时引用Hart-Sm ith弯矩系数计算出较厚胶层单搭接接头强度的保守值。

双相钢/铝合金激光胶接焊胶层作用分析

通过双相钢/铝合金激光胶接焊和激光焊接的对比分析,揭示钢上、铝下搭接激光胶接焊时胶层作用。对焊接过程进行等离子体形貌同步拍摄和焊接光谱采集并分析,与激光焊接比较,发现激光胶接焊时等离子体的颜色明亮,形态密度大,与试样板材表面呈一定角度,胶层分解产物利于改善下层铝合金表面高反射率的状况,等离子体对激光能量的吸收减少;而光谱相对强度和光致等离子体电子密度增加,胶层的存在增加试件对激光的吸收率;焊接成形试验发现胶层可起增加焊接熔深和熔宽的作用;剪切试验结果表明胶层提高焊接接头的平均抗剪强度。由于添加胶层加快上层双相钢冷却速度,增加下层铝合金对激光能量的吸收,导致下层Al向上层钢侧的扩散受到抑制,而熔宽两侧熔融态Al体积分数增多,焊接熔宽加大,增加钢、铝横向结合面积,提高焊合率,此外剪切力的外加载荷由焊缝和胶层共同承担,因此添加胶层改善了钢/铝焊接接头的力学性能。

复合材料层合板二次共固化补强胶层失效分析研究

胶层开裂作为复合材料层合板二次固化补强失效的重要形式,严重影响口框二次固化补强效果。完成对层合板口框二次固化胶层的损伤和失效分析,胶层损伤扩展采用四种失效判据进行判断。研究发现,当载荷数值仅为结构失效载荷的32.8%左右时,胶层损伤已经开始出现;胶层完全失效载荷要小于结构整体失效载荷;胶层失效造成整体结构中与其相连接的补强底面铺层失效是结构整体失效的直接诱因。

补片尺寸对胶层应力分布的影响

粘接修理结构中,胶层起着传递载荷的作用。其应力状态对于粘接修理结构有着重要的影响。为此,本文用有限元法分析了复合材料粘接修理结构中胶层应力分布随补片尺寸的变化。研究表明,增加补片长度和厚度可以提供补片分担载荷的作用,但是,对胶层的性能要求提高。胶层中大部分区域的应力较低,大部分载荷靠较小面积的胶层传递。修理试样的破坏形式的变化反映了胶层应力分布的变化。

考虑胶层的蜂窝夹层复合材料动态特性

提出了一种蜂窝夹层复合材料等效模拟方法.将面板与胶层等效为层合材料,并推导了其等效弹性参数.根据等效板理论、三明治夹芯板理论及所提出的方法分别建立自由-自由状态的铝蜂窝夹层复合材料有限元模型.将3种等效方法的数值计算结果与试验模态参数进行对比,结果表明,所提出等效方法的最大误差不超过5%,平均误差降低到2.03%,表明考虑胶层的影响,模态参数计算结果更为精确.通过控制变量法和相对灵敏度分析表明,胶层是影响复合材料动力学性能的关键因素之一,在面板与蜂窝胞壁连接良好的前提下,减小胶层的厚度或增加胶层材料的弹性模量能够有效提升材料的整体动态性能.