考虑弯曲效应的混元胶接单搭接头应力模型

混元胶接接头是利用多种不同剪切弹性模量的胶层来传递被粘物载荷的单搭接头。它兼具胶层连续性连接和降低端头应力集中等优点,因此能充分利用被粘物材料性能(如复合材料)以提高接头强度。以典型双元胶接接头为对象,考虑加载作用线偏心引起的弯曲效应和胶层剥离正应力,建立被粘物为各向同性的线弹性双元胶接接头应力解析模型。理论模型中的胶层切应力、剥离正应力和上被粘物纵向正应力与精细有限元模型吻合得较好,证实了理论模型的正确性。参数研究中确定了影响混元胶层应力分布的关键耦合参数。     

复合材料修理参数对胶接层剪切应力影响规律的研究

复合材料胶接修理结构中,胶层起着传递载荷的作用,其应力状态对于修理效果有重要影响。本文中得到了修理结构中胶层的应力分布的解析解,与有限元数值结果吻合较好,表明该解析解合理有效。基于该解析解分析了胶层中的应力分布随修理参数的变化,结果表明:增加补片长度和厚度可以降低胶层中的剪应力,但是两者都有临界值,超过临界值后剪应力降低的趋势减缓;胶层中的剪应力随着胶层的厚度增加而减小,随着剪切模量的增加而增大。     

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.     

搭接长度对平纹机织复合材料胶接结构连接性能影响的多尺度分析

针对平纹机织复合材料层合板，首先基于均匀化方法确定细观模型的性能参数，其次采用Hashin准则分析细观模型损伤过程，最后引入连续损伤力学模型和内聚力模型建立层合板胶接结构宏观模型。研究结果表明，平纹机织复合材料层合板的数值曲线与试验结果吻合较好，验证多尺度模型的有效性；搭接长度在5~15 mm时，随着搭接长度的增大，单搭和双搭胶接结构的极限失效载荷逐渐增大，并趋于稳定，而搭接剪切强度逐渐减小；单搭和双搭胶接结构的失效形式随着搭接长度的增大逐渐由胶层剪切失效过渡到层间分层失效；相同搭接长度下，与单搭胶接结构相比，双搭结构的极限失效载荷较大。基于均匀化方法、Hashin失效准则、内聚力模型和连续损伤力学模型，提出一种平纹机织复合材料多尺度模型，对结构性能设计和使用寿命具有重要意义。     

一种考虑胶瘤的胶接简化有限元模型:应力与刚度分析

胶接接头中总存在胶瘤,由于建模复杂,胶接接头有限元分析中胶瘤常被忽略.但胶瘤能减少峰值应力,提高结构强度和刚度.为此,提出一种简化的胶接有限元模型,即用壳单元代表胶瘤,体单元代表被粘体和胶层,并用弹性理论建立壳单元等效厚度公式.以体单元精细模型结果作为对比的真实解,考察五种载荷工况下,单搭接头简化有限元模型的胶层应力和刚度.分析表明,壳单元等效厚度公式正确,胶接简化有限元模型精度高,可用于诸如汽车等大型结构中;用壳单元简单模型可定量分析胶瘤大小和形状对接头应力和总体刚度性能的影响.     

飞机桁条-蒙皮连接结构的接触应力研究

飞机结构是由零部件通过铆接、螺接、胶接和焊接连接而组成的。连接区域应力分布情况及应力水平的研究对飞机结构的强度校核及连接区的失效破坏形式的预判有着重要的意义。基于非线性接触力学理论,利用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件对机翼结构中复合材料桁条-蒙皮连接结构进行了研究。研究内容包括:各排钉孔的最大等效应力和钉传载荷的分布情况;对飞机桁条-蒙皮的两种连接方式,基于非线性接触理论,分别建立了桁条-蒙皮的螺接连接结构和胶-螺混合连接结构,对比了两种结构的等效应力水平大小与分布。得出以下结论:板间厚度比对孔周接触域的应力集中系数和应力分布的影响较大;处于外侧两排铆钉孔传递较大的钉传载荷,中间排的铆钉孔的钉传载荷较小;不同的连接形式对孔周应力水平影响较大。     

复合材料层合板胶接修理的粘弹性有限元分析

基于修补结构的本构关系,对一受损层合板的双面胶接修理问题进行分析。采用粘弹性和弹性有限元两种分析方法,并用相应的试验来验证两种方法所得的计算结果。通过分析得到了胶接参数对修补后的结构强度及胶层应力的影响,同时对比计算结果和试验结果,可以发现粘弹性分析比弹性分析更为准确。     

胶层脱粘对金属胶接修理后剩余强度的影响研究

本文主要研究了胶层脱粘对金属平板复合材料补片胶接修理后拉伸剩余强度的影响。首先根据补片下方剪应力分布解析公式,将胶接修理区域划分为脱粘安全区和脱粘影响区,然后进行了金属平板结构胶接修理的剩余强度试验以研究胶层脱粘的影响,并验证理论分析结果。结果表明:在脱粘安全区内,胶层自身不参与承载,胶层脱粘对金属平板结构的拉伸剩余强度没有影响;而在脱粘影响区内,出现的胶层脱粘会对金属平板结构的拉伸剩余强度产生影响。     

复合材料螺栓干涉连接结构压钉过程轴向力建模

复合材料干涉连接结构在螺栓压入过程中,由于螺栓杆与连接孔孔壁间存在显著的轴向相互作用,有可能在复材孔周引起分层损伤,更准确的控制轴向力对于提升复材干涉连接结构强度具有重要的意义。根据干涉配合螺栓压入过程中接触关系的变化,对压钉过程进行了阶段划分,并在经典层合板理论假设基础上,结合弹性力学复变函数方法,以干涉量为变量建立了螺接过程轴向力解析模型。基于ABAQUS软件,建立了干涉压入压钉过程的仿真模型,验证了解析模型的正确性。     

胶层厚度对胶粘剂Ⅰ型断裂韧性影响试验和仿真研究

同传统结构连接方式相比,胶接技术具有诸多优势,在各个工业领域得到了广泛应用。胶层在胶接结构载荷传递过程中起着关键作用,对其内部裂纹扩展机理的研究就显得尤为重要。采用胶接双悬臂梁试验和内聚力模型数值仿真相结合的方法,研究胶层厚度对胶粘剂Ⅰ型断裂韧性的影响规律。为了克服双悬臂梁试验中裂纹长度精确监测的困难,开发了基于柔度的梁方法对试验数据进行分析,进而得到Ⅰ型断裂韧性数值。引入双线性内聚力模型对胶层裂纹扩展过程进行模拟,通过分析试验与数值模拟得到的载荷-位移曲线、R曲线和Ⅰ型断裂韧性数据,验证了有限元模型的准确性。结果表明,胶层厚度对胶粘剂正应力工况下断裂特性有着显著影响,在所研究胶层厚度范围内,随着厚度增加其Ⅰ型断裂韧性先增大后减小,失效模式则由内聚失效转变为混合失效。