黏接结构在扭转循环载荷下力学行为的试验与理论研究

在应变控制的试验条件下,对圆柱形中空对接试件进行了扭转循环加载的试验,分析了平均剪应变和剪应变幅值对黏接结构的扭转循环应力松弛和软化的影响.试验结果表明:在扭转循环载荷作用下,黏接结构的应力-应变响应曲线形状为下凹形,说明该黏接结构在扭转循环载荷下黏接界面的变形较小,且黏接结构出现了扭转循环应力松弛和循环软化情况.松弛应力在初始阶段下降较快,但随着循环次数的增加逐渐稳定.循环软化在循环加载的初始几圈较为严重,随着循环圈数的增加而减弱.平均剪应变与剪应变幅值的增大都会导致黏接结构的扭转应力松弛与循环软化加剧.此外,通过此黏接结构在扭转循环载荷作用下的力学行为试验分析,本文提出了一个可描述黏接结构在扭转循环载荷下力学响应的非线性黏-弹性循环模型,考虑了扭转循环应力松弛及循环软化的变化规律,以及平均剪应变与剪应变幅值对其力学响应的影响.通过模型计算结果与试验曲线对比,可以看出模型计算的应力-应变响应循环曲线与试验曲线重合度较好,证明该模型可以较好地描述黏接结构在不同循环载荷条件下的力学行为.此研究结果可为黏接结构及相关复合材料疲劳损伤的预测与评价提供试验和理论支持.

厚胶层复合材料黏接结构中超声反射/透射特性的有限元仿真

针对厚胶层复合材料黏接结构,采用有限元法对其中发生黏接界面弱化、胶层内聚弱化时的超声反射/透射系数进行了仿真计算。在仿真模型中,利用弹性薄层物理场边界模拟了常规理论推导中的弹簧模型边界条件,通过改变胶层材料的弹性常数实现了对胶层内聚状态变化的模拟。仿真计算结果表明:随着黏接界面弱化程度的加剧,超声反射/透射系数频谱曲线将向低频方向偏移,而超声反射/透射系数角谱曲线将向大角度方向偏移;随着黏接结构中胶层内聚弱化程度的加剧,对应超声反射/透射系数频谱、角谱曲线的偏移趋势与发生黏接界面弱化时的情况一致。研究成果解决了利用有限元法对厚胶层复合材料黏接结构中黏接界面、结构胶内聚层进行模拟处理的问题,且仿真结果和理论计算结果吻合良好。

黏接结构中超声波的能量反射与透射特性

针对黏接结构中超声波的能量反射与透射机理问题,研究了板状黏接结构界面为理想连接时,纵波以不同角度入射下的声波与界面的相互作用.分析了入射角度、频厚积对声波能量反射与透射特性的影响.结果表明:当纵波垂直入射时,不发生波型转换;随着频厚积的增大,纵波的能量反射与透射系数曲线出现明显的周期性谐振.当纵波倾斜入射时,波型转换会发生;随着频厚积的增大,纵波与横波的能量反射与透射系数无周期性谐振现象.当入射角小于90°时,纵波的位移势反射系数始终大于能量反射系数,而横波的位移势反射系数与能量反射系数曲线随着角度的增大会出现交叉.

黏接结构弱黏接缺陷的非线性超声评价

利用ABAQUS有限元软件建立了非线性超声检测有限元模型,计算了弱黏接缺陷的尺寸对超声非线性系数的影响.计算结果表明:随着界面弱黏接缺陷尺寸的增大,超声检测信号基波幅值和二次谐波幅值逐渐减小,而超声非线性系数呈单调增大趋势.对5个含有不同弱黏接缺陷尺寸的AZ31镁铝合金黏接结构试样进行了非线性超声检测,研究发现试验结果与有限元计算结果相吻合,表明了非线性超声检测方法对黏接结构弱黏接缺陷检测的有效性.

等厚铝/铝黏接结构的超声脉冲反射信号

针对黏接结构存在缺陷的问题,对等厚铝/铝黏接结构的超声界面模型及传播路径进行分析,得到黏接良好部位与黏接不良部位的脉冲反射信号,构造模拟回波信号。改变黏接良好部位及不良部位的黏接层厚度,并观察第5次回波信号幅值。结果表明:黏接不良部位第5次回波幅值显著低于黏接良好区域的幅值,且该回波幅值不受黏接层厚度以及残留粘胶厚度的影响,故可将第5次回波幅值作为判据来判断黏接结构是否存在黏接不良缺陷。

黏接结构紧贴型缺陷超声斜入射法检测

黏接结构缺陷检测是目前经济建设和国防安全亟须解决的应用问题。基于超声斜入射法对黏接结构中存在的紧贴型缺陷进行检测研究,制作了板厚为5 mm的含紧贴型脱粘缺陷的试样,采用水浸聚焦探头对试样分别进行垂直法和斜入射法的C-扫描检测实验,分析了不同入射角度对紧贴型缺陷检测以及气泡缺陷的影响。检测结果表明:斜入射法相较于垂直入射法对紧贴型缺陷的检测有更高的灵敏度,且选择第一临界角附近作为入射角度检测时效果最佳。随着入射角度的增加,斜入射法对于气泡缺陷检测的灵敏度变差,表明垂直入射法对气泡缺陷有更高的检测灵敏度。

发动机黏接界面损伤破坏过程细观数值仿真

目的揭示拉伸加载下发动机黏接界面的损伤破坏规律,以及典型参数对该损伤破坏过程的影响规律。方法以建立的含预制宏观裂纹的硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂装药的黏接界面结构的细观有限元模型为基础,开展发生推进剂内聚损伤破坏、推进剂/衬层黏接界面损伤破坏和混合型损伤破坏的数值仿真计算,讨论不同损伤破坏形式下的裂纹扩展规律,以及推进剂基体强度、颗粒/基体黏接界面模量和强度、推进剂/衬层黏接界面模量和强度对损伤位置和损伤程度等的影响规律。结果颗粒/基体黏接界面的“脱湿”是发生推进剂内聚损伤破坏时的主要损伤形式,损伤临界应变阈值约为30%。推进剂/衬层黏接界面损伤破坏时,裂纹扩展路径与预制裂纹方向一致。混合型损伤破坏包括颗粒/基体黏接界面“脱湿”、推进剂/衬层黏接界面脱黏和推进剂基体撕裂,裂纹在推进剂/衬层黏接界面发生扩展的临界应变阈值约为20%,颗粒/基体黏接界面发生“脱湿”损伤及裂纹扩展的临界应变阈值约为60%。推进剂基体强度、颗粒/基体黏接界面强度和推进剂/衬层黏接界面强度对装药黏接界面结构损伤破坏的影响更为显著,前2个参数的增大均能导致发生“脱湿”损伤的位置向推进剂/衬层黏接界面移动,黏接界面结构损伤破坏模式发生转变的临界推进剂/衬层黏接界面强度阈值处于0.80~1.00MPa。结论NEPE推进剂装药的黏接界面结构的损伤破坏形式和损伤程度随细观结构模型材料参数的不同而发生改变。

黏接界面贴合型缺陷非线性超声检测

以固体火箭发动机(SRM)包覆结构黏接质量检测为研究内容,针对传统超声检测方法难以检测金属-非金属机械贴合型黏接缺陷的问题,利用非线性超声检测方法对其进行检测。制作了含有贴合型缺陷的固体火箭发动机模型,通过构建非线性超声测试系统,有效测量了超声非线性响应信号的基波幅值和二次谐波幅值,计算了超声相对非线性系数,建立了声学非线性系数与界面贴合型缺陷之间的关系。实验结果表明,随着界面贴合型缺陷尺寸的增大,超声相对非线性系数整体呈单调增大趋势,证明了非线性超声检测方法在黏接界面贴合型缺陷检测的有效性。

黏接复合结构损伤的非线性超声评价研究进展

黏接复合结构具有重量轻、应力分布均匀等优点,广泛应用于航空航天、船舶以及汽车工业中.黏接界面是黏接复合结构的重要构成要素,在很大程度上决定着该复合结构的总体力学性能,因此对其损伤的检测与评价研究一直是大家关注的热点问题.对于空间尺寸远小于超声波波长的材料微观结构特征变化,非线性超声检测技术具有更高的表征灵敏度.近年来,非线性超声检测技术得到了相关领域的广泛关注,一系列研究成果不断涌现.本文综述了近年来利用非线性超声对黏接复合结构及其界面损伤进行无损评价的研究进展,主要包括基于透射体波、导波和混频波的结构界面早期性能退化、微观损伤的超声检测与评价研究成果,并对今后进一步的研究进行了展望.