孔径与压铆力对单铆搭接接头残余应力与剪切性能的影响

铆接是飞机结构装配的重要连接方式,飞机结构失效大多发生在连接孔处,因此对铆接接头质量进行综合评估非常重要。以单铆搭接接头为研究对象,通过有限元仿真分析与拉伸剪切实验研究了不同压铆力与孔径铆接工艺参数组合下的铆接接头孔周残余应力分布和剪切性能。有限元分析结果表明,增大压铆力可以显著扩大孔周的纵向残余压应力分布区域,并使最大纵向残余拉应力位置远离孔边缘;而孔径仅对纵向残余压应力分布区域的影响较为显著。拉伸剪切实验表明,单铆搭接结构的失效形式均为铆钉沿剪切面的瞬时断裂;在孔径为4.20 mm时采用压铆力为21 kN成型的铆接接头的剪切性能最佳,其平均峰值载荷为4.09 kN,与孔径为4.04 mm和压铆力为15 kN参数组合下成型的铆接接头相比,平均峰值载荷提升了约9.36%。增大孔径能够提高单铆搭接接头的剪切性能,但会减小孔周的纵向残余压应力分布区域,给铆接接头的疲劳寿命带来不利影响;适当增大压铆力不仅能扩大残余压应力分布区域,还能提高接头的剪切性能。

基于有限元模拟分析混凝土桥梁接缝性能

为分析混凝土桥梁接缝性能,运用理论知识借助有限元软件对单键齿胶接缝和三键齿胶接缝中的不同水平约束力以及不同胶层厚度对胶缝的抗剪性能影响进行模拟分析,同时分析单键齿胶接缝抗剪性能和环氧树脂弹性模量之间的关系,研究结果表明:其他条件保持不变的情况下,当水平约束力增大和当胶层厚度增大时,单键齿胶接缝对应的抗压强度和极限抗剪承载力都随之增大;在单齿胶接缝的胶层厚度相同的情况下,当水平约束力增大时,对应模型的主拉应力变小,单键齿胶接缝的最大承载能力提升;其他条件保持不变的情况下,当水平约束力增大和胶层厚度增大时,单键齿胶接缝对应的抗压强度和极限抗剪承载力都随之增大;在三键齿胶接缝中胶层厚度相同时,当水平约束力增加时,整个模型的所能承受的主拉应力减小;在三键齿胶接缝中水平约束力相同时,当胶层厚度增加后,整个模型的最大主拉应力变大;当一定范围内的环氧树脂弹性模量增加时,对应的单键齿胶接缝最大抗剪承载力也随之增加。

粘接剂对压印连接强度的影响及数理统计分析

作为替代连接技术,压印和粘接表现出独特的优势。以压印和压印-粘接复合接头为对象,采用数理统计分析检验试验数据的合理性,进而对比不同材料组合及连接方式来分析粘接剂对压印连接接头强度的影响。试验表明,压印连接的剪切强度比剥离强度高,异种材料组合、压印-粘接复合能获得更有效的连接结构;胶层厚度为0.1mm时获得较好效果。

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。

双向单排配筋剪力墙节点抗震性能试验研究

双向单排配筋剪力墙结构适用于多层住宅结构。为了研究不同构造及不同连梁剪跨比的节点抗震性能,进行了5个连梁与墙肢节点的低周反复荷载试验。较系统地分析了其承载力、刚度及其退化过程、延性、耗能、破坏机制和破坏特征等。试验表明,经过合理设计,这种双向单排配筋剪力墙节点可以满足抗震要求。

双向单排配筋剪力墙与连梁节点的抗震性能试验研究

双向单排配筋剪力墙结构适用于多层住宅结构。为探讨双向单排配筋剪力墙与连梁节点的抗震性能,进行了4个连梁剪跨比分别为0.60、0.75、1.50、1.75的原型节点试件的低周反复荷载试验,在试验研究的基础上,较系统地分析了节点的承载力、刚度及其退化过程、延性性能、破坏特征等。试验研究表明,双向单排配筋剪力墙与连梁节点的抗震性能可满足多层住宅结构抗震要求。

单搭接接头断续胶层中应力分布的数值分析

在分析现有的单搭接接头胶层中有集中间隙的有限元模型的基础上,提出了用平面应力随厚度变化的模型取代平面应变模型思路,对比了连续胶层与胶层中有3个断续间隙时搭接部位上剪切应力分布情况.结果表明:与连续胶层的单搭接接头相比,有3个断续间隙的接头剪切应力分布模型大致相同,应力的峰值增加约10％,断续胶层仍承受了部分工作载荷.

基于VAT技术的复合材料层合板螺栓连接补强研究

本文提出一种简单高效的补强片设计方法,并采用纤维变角度牵引铺缝技术(VAT技术)制备了两种VAT补强片,对单剪搭接螺栓连接的复合材料层合板进行了深入的补强实验研究。结果表明,采用VAT补强片能够有效地提高螺栓连接复合材料层合板的承载能力,其对应试样的归一化最大连接载荷相对于未补强试样和纤维平纹布补强试样分别提高了117.7%和37.3%;VAT补强片有利于阻止裂纹的扩展,使试样的破坏模式由剪切破坏变为挤压破坏;试样拉伸过程中发生的次弯曲效应可增大螺栓与复合材料的接触面积,有利于提高复合材料的连接强度,但是当次弯曲效应增大到一定程度时会导致补强片和母体的界面发生剪切破坏,不利于充分发挥补强片的承载性能。

单排配筋剪力墙节点抗震试验及承载力分析

为了研究单排配筋混凝土剪力墙结构中带有不同边缘构造配筋的墙肢与连梁节点抗震性能,进行了4个墙肢与连梁节点的低周反复荷载试验.在试验研究基础上,分析了其承载力、延性、刚度、滞回特性、耗能能力、破坏特征等,并建立了单排配筋剪力墙连梁承载力计算模型,计算所得承载力与试验结果符合较好.研究结果表明,单排配筋混凝土剪力墙节点经过合理的配筋及构造措施能满足多层住宅结构抗震设计要求.

同轴单搭接胶接接头力学性能的研究

利用有限元方法研究了偏轴单搭接胶接接头和同轴单搭接胶接接头的力学性能,结果表明:同轴单搭接胶接接头可以使接头趾部的弯矩为零,进而有效地降低剥离应力的峰值和减轻剪切应力的集中程度,是一种极为合理的胶接接头形式。

固化工艺对HT1012铜粉导电胶剪切强度的影响

研究了固化工艺参数对由HT10 12型铜粉导电胶制备的单搭接接头剪切强度的影响。结果表明 ,在所采取的研究条件下 ,随着晾置时间的推移 ,导电胶剪切强度起初增加但随后减小 ;当固化温度为 6 0℃、晾置时间取定为 10min时 ,固化时间为 3h所对应的剪切强度较高 ;当变动固化温度时 ,固化温度提高会引起剪切强度下降。

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。

人工单节理砂岩的三轴试验研究

采用云石胶黏结岩块的方法制备人工节理面,通过直剪试验获得人工节理面的抗剪强度特性,基于完整和单节理砂岩的常规三轴试验,分析不同倾角(0°,30°,60°,90°)对单节理岩体试样力学响应的影响。结果表明:人工节理面在直剪试验中呈现脆性破坏,其抗剪强度符合M-C准则;不同围压下(2.5,5.0和7.5 MPa)完整砂岩的破坏形态和弹性模量基本相同,峰值强度随围压增大;相同围压下(2.5 MPa)不同倾角单节理岩体的破坏形态、弹性模量、峰值强度均不相同,单节理岩体试样的峰值强度-倾角曲线呈反对号"■"形,节理倾角对岩体力学性质的影响明显,其中60°节理岩体试样的强度最低,仅为完整岩石强度的19.7%。推导了过圆柱体试样中心任意斜截面内力的三维计算公式,根据其理论预测所得完整岩石的破裂面角度和60°节理试样的破坏方式均与试验结果相符,其吻合度较传统的二维分析更高。

节理倾角对单节理岩样变形破坏影响的数值模拟

采用FLAC模拟了节理倾角对各向异性岩样峰值强度、力学行为及剪切带图案的影响。节理由实体单元模拟。对于节理之外的岩石,采用莫尔库仑与拉破坏复合的破坏准则,峰后本构关系选择线性应变软化模型;对于节理,采用理想弹塑性的莫尔库仑准则。结果表明,无节理密实岩石的峰值强度最高。节理岩样的剪切应变或集中在节理上,或集中在新剪切带上,峰值强度随节理倾角而改变。新剪切带启动于节理的端部,然后沿其固有方向传播。当节理倾角适中时,节理岩样的峰值强度较低,岩样的行为受控于节理。当节理倾角较高或较低时,可观测到应变软化行为。若节理倾角较低,新剪切带的长度随节理倾角的降低而增加,这导致了陡峭的峰后应力-应变曲线。若节理倾角较高,由于节理倾角对新剪切带的厚度和倾角几乎没有影响,因此,峰后斜率不依赖于节理倾角。

预偏角对单搭接接头强度的影响

研究了在被粘物搭接区预偏转角度对钢单搭接拉伸接头剪切强度的影响,并用弹性有限元法分析了预偏角变化时单搭接接头上胶层中的应力分布情况。数值分析的结果表明:当预偏角从0°增加到12°时,结构钢单搭接接头胶层中的所有应力峰值分量均显著下降。而在所采取实验条件下,接头的剪切强度最高值出现在预偏角为6°时。因而在进一步研究预偏角对单搭接接头承载能力的作用时,应将外载作用下接头的本征偏转情况考虑在内。

外加磁场对粘接接头剪切强度的影响

采用自制的装置研究了磁场对由环氧胶层连接的钢制单搭接接头剪切强度的影响,结果表明,在所采取的试验条件下,试样叠合后立即施加的磁场可显著影响接头的强度;垂直于胶层的磁场提高接头的剪切强度效果高于平行磁场,磁场处理的时间以4h左右为宜。

变刚度铺放改善单钉双剪螺栓连接拉伸强度

沿最大主应力方向的变刚度铺放可有效提高复合材料构件的强度。以与孔周围设定区域内,单元格上流场速度矢方向与有限元得到的最大主应力方向之间的差异最小为优化目标,优化有势流场构造参数,从而得到优化的变刚度铺层轨迹。该方法得到的变刚度铺层能最大程度地使纤维主方向与层合板在该点处的最大主应力方向一致。研究结果表明,变刚度铺放不仅可提高层合板的拉伸强度,还可使试件在达到极限载荷后的承载能力下降速度平缓,从而降低了发生瞬时性损坏的概率。

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。

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。

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。