复合材料/铝合金黏接-自冲铆接头力学性能

为探究碳纤维复合材料黏接-自冲铆复合接头力学性能,对厚度为1.5 mm的碳纤维复合材料及5052铝合金板材分别进行自冲铆接,结合dp460环氧树脂黏接-自冲铆复合连接及黏接3种不同工艺制作单搭式接头,通过剖面直观检测分析法对接头成形进行质量评价,由拉伸-剪切试验获得各组接头的静破坏载荷及失效位移,并计算相应能量吸收值。结果表明:黏接-自冲铆复合连接工艺可以实现对碳纤维复合材料与5052铝合金板材的有效连接,其复合接头静破坏载荷比自冲铆接接头增加160%,为5 425.2 N;与黏接接头相比,黏接-自冲铆复合接头能量吸收能力更强,是前者的2倍;失效模式为在铆接位置发生纤维层断裂,黏接处发生混合破坏,搭接区域的5052铝合金板上出现纤维层残留;失效机理为铆钉刺入破坏纤维材料的连续性,在黏接剂的作用下断裂的纤维层黏接在上板并与下板分离。

复合材料层合板、壳胶-铆混合连接件有限元分析

推导了十六节点胶单元、二节点钉单元和基于一阶剪切变形理论的八节点等参板单元 ,并通过坐标变换使之用于壳体结构 ,还将相对坐标系内求解法与修正型虚拟的转动刚度法相结合 ,有效地克服了平面单元分析壳体结构所固有的方程病态问题 .对旋转壳体的混合连接节点 ,采用了旋转周期对称理论 ,简化了计算过程 .在此基础上 ,开发出了用于复合材料平板结构和壳体结构中混合连接件的有限元分析软件 .通过算例 ,对复合材料旋转壳体混合连接件中的应力分布进行了分析和讨论 ,得到了一些有益的结果 .

30%碳纤维增强PA6复合材料的超声焊接-铆接复合连接工艺

该研究采用一种特殊设计的具有双凸缘结构的铆钉,制备了30%碳纤维增强PA6复合材料的超声波焊接-铆接复合连接接头,研究了焊-铆接头的宏观形貌、截面结构、失效形式、抗剪强度和剥离强度,并分析了焊-铆接头力学性能的改善机制。结果表明,超声波焊接-铆接复合连接的过程由库伦摩擦、铆钉铆入上板、铆钉铆入下板、焊合面材料熔化和凝固5个阶段组成。所制备双凸缘钉子的沟槽有效阻止了接头焊合面熔化材料的溢出,促进了铆钉与铆接板材间的机械互锁和铆钉周围焊核的形成,因此改善了焊-铆接头的抗剪强度、剥离强度和吸能性能。相对于抗剪强度,其对剥离强度的改善效果更显著。采用最佳焊铆参数下制备的焊-铆接头的抗剪强度和剥离强度较单一超声波焊接头分别提高了29.9%和39.2%。焊-铆接头的强度的改善缘于焊合面上铆钉周围形成的焊核及铆钉与铆接板材间的机械互锁的综合作用。

QP980高强钢/6061铝合金焊-铆复合连接工艺研究

采用低功率激光诱导电弧复合热源对QP980高强钢和AA6061-T651铝合金进行了焊-铆复合连接,探究了激光功率对焊缝形貌及力学性能的影响。结果表明,激光功率过小时,铝和钢无法形成有效连接;激光功率过大时,接头成形不良,且易出现明显缺陷;激光功率为240 W时,接头成形良好,内部无明显缺陷,且拉伸剪切载荷最大,为7.15 kN。对最佳参数下QP980钢/6061铝焊-铆接头的显微组织进行了分析,结果发现,钢/铝界面从钢侧到铝侧依次由层状的Fe_(2)Al_(5),在其上分布的针状FeAl_(3)以及游离在铝基体中的FeAl_(3)组成。金属间化合物层厚约2μm,不会恶化接头性能。显微硬度测试结果表明,硬度分布与组织分布相对应,硬度最高值出现在超临界HAZ,约为HV500。熔合区由于混合了QP980钢、Q460钢、6061铝合金,并且有较硬的Fe-Al金属间化合物生成,硬度在HV350~HV460范围内变化。

碳纤维复合材料胶铆接头静态拉伸和循环拉伸失效行为

对碳纤维复合材料(CFRP)的胶接、铆接、胶铆混合接头进行静态拉伸和循环拉伸疲劳实验,对3类接头的连接强度及失效行为进行分析,预测该接头达到106循环次数时的载荷水平。对胶铆接头中胶接和铆接的贡献进行讨论,分析拉-拉疲劳失效过程中CFRP层合板、胶层、铆钉的相互作用。对3类接头在静态拉伸和循环拉伸下的失效机制进行了总结,提出3种改善铆接强度的方案。结果表明:胶接对胶铆混合接头强度起决定性作用,铆接对接头起到“二次保护”的作用;所研究的CFRP胶铆混合接头,在80%、65%、55%、45%静态最大载荷水平下的疲劳寿命分别为8 174、22 568、95 014、331 916次。在37.1%的载荷水平下该接头的拉-拉疲劳寿命可达106次;铆钉孔的开裂是CFRP铆接及胶铆混合接头的主要失效形式,在铆出侧增加垫片与在铆钉孔表面涂敷结构胶2种方法可提高铆接强度30%左右。

2A12-T4铝合金自冲摩擦铆焊接头力学行为研究

针对干涉配合铆接中预制孔工序带来的连接效率等问题,采用自冲摩擦铆焊(F-SPR)工艺,通过半空心铆钉高速旋转产生摩擦热软化铝合金,在无预制孔条件下获得机械-固相复合连接接头。根据接头成形质量确定F-SPR工艺合适的转换深度,分析了典型接头的微观组织特征,研究了进给速度对接头宏观形貌、硬度分布及力学性能的影响规律。试验结果表明,转换深度为3.5 mm时可消除多余物、间隙、张开不足及裂纹等缺陷,实现铆钉与板材紧密连接;进给速度主要通过影响接头中母材硬度,进而影响接头拉剪及正拉力学行为。F-SPR工艺接头的拉剪强度约为2A12-T4铝合金母材抗拉强度的80%,相比于电磁铆接及自动压铆工艺具有较大优势。