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。     

水对液相氧化处理聚乙烯木塑复合材胶接性能的影响

采用液相氧化方法对木粉/聚乙烯木塑复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。研究了氧化处理后木塑复合材料胶接接头的耐水性,并利用接触角测试、SEM、FT-IR等分析手段,探讨了木塑复合材料胶接接头在水环境下的老化失效原因。结果表明,未处理的聚乙烯木塑复合材料难以胶接,经过液相氧化处理后,不但可以提高聚乙烯木塑复合材料的胶接强度,还可改善木塑复合材料胶接接头的耐水性。在水的作用下,液相氧化处理聚乙烯木塑复合材的表面结构会发生改变,复合材料中木质纤维的吸水膨胀也会导致材料表面出现裂纹,致使胶接接头失效。     

复合材料胶接接头温度-湿度-载荷老化机理研究概述

概述了单一影响因素(温度、湿度、载荷)分别对胶粘剂、复合材料和复合材料胶接接头的影响机理,总结了多因素耦合作用下的老化机理。研究结果表明:复合材料胶接接头中的胶粘剂、复合材料以及胶接界面在温度、湿度、载荷的作用下都会发生变化,对接头的性能都有影响。在未来研究复合材料胶接结构老化机理中,在定性分析的基础上进行定量分析,并且需要考虑复合材料老化对胶接接头性能的影响。     

复合材料/金属胶接结构研究进展及发展趋势

胶接连接应用日渐广泛,特别是在汽车和航空航天等结构领域。首先分析了复合材料/金属胶接连接方式的特点,重点介绍了接头中的次弯曲效应、异质材料间刚度与热膨胀系数的不匹配特性以及载荷传递特性。然后总结了提高胶接接头强度的研究进展,主要包括增大胶接长度和宽度、选择胶黏剂、表面处理、增加胶瘤和被粘合物形状的设计等方面。最后对胶接接头的发展趋势进行了展望。     

无人机机翼用复合材料的胶接与性能研究

为了提升无人机机翼用碳纤维/铝复合材料的胶接强度,采用4因素5水平的正交试验法对超声振动胶接工艺参数进行了优化,并与传统未施加超声振动的胶接接头进行了对比。结果表明,超声振动胶接工艺中对胶接强度影响最大的是振动时间,其次为振动幅值,振动位置的影响最小;正交试验结果表明,碳纤维/铝胶接接头的最佳工艺参数为A3B5C3D5,即振动时间23 s、振动压力0.40 MPa、振动位置30 mm和振动幅值56μm,此时碳纤维/铝胶接接头胶接强度最大。相较于未施加超声振动的胶接接头,正交优化工艺下胶接接头的最大拉伸荷载平均值提高42.13%,胶接强度平均值提高41.59%。     

多异氰酸酯涂覆处理对聚乙烯木塑复合材胶接接头耐水性能的影响

采用多异氰酸酯对聚乙烯木塑复合材料进行表面涂覆处理以改善其胶接性能。利用接触角测试、表面形貌观测以及胶接强度和吸水量测试研究了涂覆表面处理对聚乙烯木塑复合材料胶接接头耐水性能的影响。结果表明,涂覆处理后复合材料的胶接强度和接头耐水性明显提高。水浸后聚乙烯木塑复合材料的表面性质发生了改变,随着水浸时间的延长,表面粗糙度增加,表面接触角下降。长时间水浸下胶接接头的吸水量增加,胶接强度下降。水环境下聚乙烯木塑复合材料中木质纤维的吸水膨胀是造成胶接性能下降的主要原因。     

复合材料管-铝接头胶接结构抗拉性能试验研究

采用膨胀芯模法,通过压机压制工艺研制了直径50 mm,壁厚3 mm的复合材料圆管,为研究复合材料管与铝接头的胶接性能,对胶接结构开展了静态拉伸试验,比较了不同胶结长度与加固方式对于管件-铝接头胶接结构抗拉性能的影响。结果表明,加大胶接段长度和加装记忆合金环均能有效提高胶接结构的抗拉性能。     

钛合金‑芳纶纤维复合材料单搭接胶接接头渐进破坏分析

采用芳纶纤维复合材料与钛合金制备单搭接胶接连接实验件。利用万能实验机、DIC、应变采集系统等手段，对胶接接头的极限载荷、应变场、应变分布和破坏模式进行表征，分析了拉伸载荷下胶接接头的应变分布规律和复合材料层合板刚度折减规律，探究了异质材料单搭接胶接接头的破坏过程。结果表明，胶接接头破坏模式为搭接接头两端胶层界面破坏，中间部位复合材料层间破坏。接头破坏过程为渐进破坏，受载时复合材料端头产生较大的剪切应变，裂纹在此处萌生，并不断向钛合金端头扩展，扩展部位复合材料层合板刚度不断折减，直到搭接面积过小胶层突然发生界面破坏。     

基于FBG传感碳纤维复合材料π型胶接接头损伤监测

针对碳纤维复合材料π型胶接接头在拉伸载荷下的损伤,建立了碳纤维复合材料π型胶接接头的有限元模型,预测了接头失效部位,并分析了其损伤演化和应力分布的映射关系。然后基于传递矩阵法计算了损伤部位光纤布拉格光栅(FBG)的反射光谱,并通过实验验证了反射光谱计算方法的有效性。最后利用遗传算法对应力分布进行重构,得到了损伤部位的应力分布形式,为工程上碳纤维复合材料π型胶接接头的损伤监测提供了新的方法。     

风电叶片前缘胶接结构的超声检测技术研究

风电叶片前缘为胶接结构,胶接质量的优劣直接影响到叶片的使用寿命。应用超声脉冲回波法对风电叶片前缘胶接结构进行检测,并通过CIVA仿真分析了探头频率对胶接结构超声检测结果的影响。试验采用设计的超声波双晶探头对风电叶片前缘试块进行了检测。分析结果表明,超声波双晶探头能够接收到明显的胶接区域缺陷回波,可以方便地实现风电叶片前缘胶接结构的检测。     

多异氰酸酯表面处理对木塑复合材胶接耐水性的影响

采用多异氰酸酯对聚乙烯木塑复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。利用胶接强度和接触角测试以及SEM、FTIR、XPS等分析方法研究了表面处理对木塑复合材料胶接接头耐水性能的影响。试验结果表明,经打磨并采用多异氰酸酯表面处理后,复合材料的胶接强度和耐水性明显提高。水浸环境下,短期内异氰酸酯处理的木塑复合材料表面变化不大;长期水浸下复合材料的表面逐渐出现微裂纹,表面性质发生改变,胶接强度下降。聚乙烯木塑复合材料中木质纤维的吸水膨胀,是造成水环境下胶接强度下降的主要原因。     

夹层结构榫卯T型接头弯曲破坏机理试验研究

本文针对复合材料蜂窝夹层结构榫卯胶接T型接头,进行了弯曲破坏模式和承载能力的试验研究。试验研究了不同榫头宽度、不同榫头数量的五种T型接头试验件,绘制了弯矩-位移曲线图。弯曲试验结果表明:T型接头试验件的破坏包括榫肩区域的胶接面拉伸破坏和榫头区域上面板胶接面剪切破坏或面板拉断。在加载过程中榫肩区域首先发生脱黏,榫头区域承担大部分载荷,最后榫头区域上面板与底板脱黏或面板被拉断。参数研究结果表明:对于复合材料蜂窝夹层结构榫卯胶接T型接头,增加榫头宽度和榫头数量能显著增加T型接头的弯曲刚度,对提高T型接头的弯曲承载能力也有重要贡献。     

可剥布表面处理对复材胶接质量的影响

复合材料的胶接质量取决于多种物理和化学因素,主要与可剥布的成分、胶接面微观形态、环境湿度等因素息息相关。为研究可剥布处理后复材表面形貌特征和表面自由能对胶接质量的影响,通过扫描电子显微镜、表面张力仪等检测手段,建立了复合材料表面特性与断裂韧性之间的关系。结论表明表面清洁度对胶接质量有直接影响,而表面自由能对胶接质量的影响尚未得到证实。     

硅烷偶联剂处理木塑复合材胶接接头的耐水性

利用硅烷偶联剂KH560对木粉/聚乙烯复合材料进行表面处理以改善其胶接性能。利用接触角、吸水量、表面形貌以及胶接强度测试等分析方法,研究了硅烷偶联剂处理聚乙烯木塑复合材料胶接接头在水环境中的胶接耐久性能。试验结果表明,机械打磨并偶联剂处理后,聚乙烯木塑复合材表面接触角增加,表面粗糙度增大,胶接强度和耐水性明显提高。偶联剂分子链上环氧基团的"架桥"作用以及甲氧基的憎水作用,是粘接强度和耐水性能提高的主要原因。浸水环境下,聚乙烯木塑复合材料表面粗糙度略有降低;随着浸水时间的延长,表面接触角下降,胶接接头的吸水量增加,胶接强度下降。水环境下聚乙烯木塑复合材料中木质纤维成分的吸水膨胀,是造成胶接强度下降的主要原因。     

树脂基复合材料粘接工艺设计

介绍了复合材料粘接的几种方式,说明了粘接连接方式在复合材料构件中的优点及应用,并主要从树脂基复合材料胶接工艺中的接头形式、前处理工艺、表层纤维铺层方向、粘接长度、胶层厚度、材料性质等几个方面阐述对粘接性能的影响,并对粘接工艺进行优化设计,提高胶接质量.     

复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏声发射监测

利用声发射技术实时监测复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏的全过程,研究了不同胶接长度的复合材料胶接头破坏的力学性能以及声发射信号响应特征。结果表明,界面破坏是复合材料胶接头的主要破坏模式,胶层边缘的应力集中导致整个胶层的破坏。缺胶缺陷降低了复合材料胶接头的承载能力。声发射信号的相对能量、幅度和撞击累计数与试件损伤破坏的过程相对应,因此,声发射信号的动态特征可为风电叶片胶接头的无损检测和健康监测提供依据。     

补片形状对复合材料胶接贴补修补影响的预测与试验研究

为研究复合材料胶接贴补方法的修补性能,对胶接结构开展了准静态拉伸试验,研究了室温下T9001复合材料胶接修补结构的静拉伸载荷-位移行为。以三维逐渐损伤理论为基础,创建了复合材料胶接修补模型,利用APDL语言实现对不同补片形状的胶接修补结构在静拉伸载荷作用下的最终失效载荷的预测分析。同时,进行相关试验,测得的胶接修补结构的失效载荷与预测结果吻合较好。结果表明,正放的方形补片的修补效果最佳。最后利用X光机对胶接修补结构的最终损伤模式及损伤范围进行了检测,试验结果与计算预测结果较吻合。     

三维编织复合材料胶接接头力学性能试验研究

为了比较三维编织复合材料阶梯型和嵌套式搭接接头的胶接修复效果,对搭接长度相同的两种接头进行了拉伸和弯曲力学性能研究。通过实验得到两种接头及完好试件的载荷-位移曲线,对比了修补后的试件强度与完好试件的强度,得到了接头试件的修复效率,并分析和总结了拉伸与弯曲试验试件的损伤过程及损伤形貌。实验结果显示:阶梯型胶接接头拉伸载荷作用下的修复率为37.75%,弯曲载荷作用下的修复率为66.25%;嵌套式胶接接头拉伸载荷作用下的修复率为18.97%,弯曲载荷作用下的修复率为21.44%。对比试验结果得出阶梯型胶接接头力学性能较好。     

胶接接头的声技术无损检测

介绍了胶接接头无损检测技术近年来的发展情况,对超声、声-超声、声等无损检测技术的发展作了概要的阐述。同时对胶接接头的强度检测进行了分析,最后指出了制约胶接接头强度无损检测的主要障碍。     

搭接长度对钛合金-芳纶纤维复合材料单搭接接头胶接性能的影响

采用钛合金与芳纶纤维复合材料制备不同搭接长度的单搭接接头。利用数字图像相关技术（DIC）、万能试验机等表征方法，对接头拉伸应变与极限载荷进行表征，研究了搭接长度对异质材料单搭接接头胶接性能与破坏模式的变化规律。结果表明，随着搭接长度的增加，单搭接接头极限载荷提升，胶接强度降低，高搭接长度接头出现渐进损伤；偏心弯矩引起的接头偏移减少，搭接部位纵向应变区域面积占比降低；芳纶纤维复合材料层间破坏模式增多，钛合金?胶层界面破坏模式减少，剥离复合材料层数增加。