表面处理对胶粘剂/金属界面疲劳性能的影响

对碳钢表面分别进行硅烷和磷化处理,然后用环氧树脂胶粘剂粘接. 研究了不同表面处理的胶接接头力学性能,分析了金属表面处理方法对胶粘剂/金属界面疲劳性能的影响. 在胶接接头施加疲劳载荷,测量了胶接接头疲劳前后的强度-位移曲线. 对比疲劳前后界面剪切强度的变化,采用断裂力学理论分析了界面裂纹扩展过程. 结果表明:表面经硅烷处理后,界面粘接强度最大,耐疲劳性能最好. 胶接接头的失效通常在界面发生,能量可以通过裂尖扩展释放,也可以通过粘接层的塑性变形释放.     

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。     

碳纤维复合材料/钢的胶铆连接失效机理和选材方法

为了揭示碳纤维复合材料(CFRP)与钢板连接设计中，母材厚度和强度对接头失效的影响规律，对CFRP层合板与DC05、HC260Y、DP590、DP780、DP1180、PHS1500钢板组成的胶接、铆接和胶铆混合接头进行单向和正向拉伸试验，分析各接头连接强度和失效模式，提出CFRP/钢接头母材厚度比和强度比的推荐范围.结果表明：CFRP/钢接头失效模式由较弱一侧母材强度和刚度决定，在连接设计中，应尽可能使两母材的强度和刚度相近；CFRP零件与相邻钢件厚度比的推荐范围为1.37～1.91,母材极限承载比的推荐范围为0.9～1.52.     

复合材料ABS/TiO2胶接接头拉剪强度的分形表征

通过观察分析颗粒增强复合材料ABS/TiO2铣削加工表面的轮廓线和SEM形貌,发现至少存在3层相似子结构,且有确定的分形维数,说明ABS/TiO2铣削加工表面具有分形特征.探讨了胶接件表面形貌对胶接强度的影响,并建立了单面搭接接头拉伸剪切强度(简称拉剪强度)的分形模型,为揭示胶接件表面形貌与胶接强度之间的内在联系作了初步探索.     

CFRP-AA5052铝合金三层板自冲铆接性能研究

本文旨在研究碳纤维增强聚合物(CFRP)-AA5052铝合金三层板自冲铆接的可行性,评估板材搭接顺序对接头截面形状的影响,探究接头成形的机理;通过拉伸-剪切试验研究试样配置及承载形式对接头机械性能的影响。结果表明：板材搭接配置会影响接头内部材料的流动趋势,从而影响接头的成形质量,CFRP板作为中间层时接头可获得良好的机械内锁成形;CFRP板作为中间层并单独作为接头的一端承受拉剪载荷时,接头的失效位移达9.5mm,同时接头可获得较优的刚度和抗剪强度。     

异种材料胶铆混合接头力学性能与耐蚀性研究

为研究异种材料在不同连接方式下的失效特点和耐蚀性能,以碳纤维(CFRP)/铝合金/钢为基板的单搭接接头为研究对象,对胶接、铆接和胶铆混合连接接头腐蚀前后的静态拉伸力学性能开展试验研究,揭示了胶铆接头的交互作用。对比分析了氯化钠浸泡前后接头的抗老化性能及胶粘剂的增强作用。结果表明,胶粘剂对铆接接头具有增强作用,且能够有效保护基板免受腐蚀,延缓混合接头力学性能衰退。     

基于响应面模型的胶接接头拉剪强度影响因素分析

通过建立胶接接头拉剪强度的有限元模型,预测接头拉剪过程中的胶层内部最大应力,基于胶层和钢板的材料特性、几何因素与胶层内部最大应力的响应面模型,分析了不同因素对胶接接头强度的影响规律.结果表明:胶层内部最大应力与钢板厚度呈负相关关系;胶层厚度和钢板屈服强度均存在使胶层内部应力最小的临界值;胶层内部最大应力与胶层屈服强度呈负相关线性关系,其斜率受到胶层厚度及钢板的厚度和屈服强度的共同影响.     

碳纤维增强聚合物-AA5052铝合金三层板自冲铆接性能

旨在研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)-AA5052铝合金三层板自冲铆接的可行性,评估板材搭接顺序对接头截面形状的影响,探究接头成形的机理。通过拉伸-剪切试验研究试样配置及承载形式对接头机械性能的影响。结果表明:板材搭接配置会影响接头内部材料的流动趋势,从而影响接头的成形质量。CFRP板作为中间层时接头可获得良好的机械内锁成形。CFRP板作为中间层并单独作为接头的一端承受拉剪载荷时,接头的失效位移达9.5 mm,同时接头可获得较优的刚度和抗剪强度。     

NiFe2O4/Cu金属陶瓷与金属的磷酸盐黏接特性

采用磷酸铝铬为胶黏剂,NiFe2O4陶瓷粉与Cu-Ag合金粉为填充料,CuO为固化剂,对NiFe2O4/Cu金属陶瓷与45#钢的黏接特性进行研究.通过测试黏接接头强度、分析黏接界面和黏接层的显微结构和物相组成等研究胶黏剂浓度和处理工艺对黏接接头室温和高温黏接性能的影响.实验结果表明,于120 ℃固化和1 000 ℃热处理后的黏接界面结合紧密,于120 ℃固化后的室温拉剪强度达53.88 MPa,于1 000 ℃热处理后的室温拉剪强度为25.43 MPa;700 ℃时试样拉剪强度达29.25 MPa,800 ℃时接头的拉剪强度降为6.54 MPa;胶黏剂的软化及熔化是导致800 ℃时接头高温黏接强度降低的一个主要原因,同时,高温下磷酸盐分解物的挥发及其物相反应导致黏接层疏松、多孔.     

磷化处理对胶粘剂/金属界面力学性能的影响

对金属表面进行了磷化处理,测试了胶粘剂/金属界面的力学性能.着重分析了疲劳载荷对表面处理后胶接接头粘接性能的影响,并用显微红外光谱分析了疲劳前、后界面处化学键合的变化.结果表明金属表面经磷化处理后耐疲劳破坏的性能增强.     

层合板单搭胶接接头应力的三维有限元分析

应用ANSYS有限元分析软件,用APDL语言开发了相应的程序,研究T700/TDE86复合材料层合板单搭胶接接头在单向拉伸载荷作用下的胶层中面及界面应力,分析了接头界面最大剪切/剥离应力值随胶层厚度尺寸变化的规律,模拟了接头在胶层厚度中间面上的三维应力分布情况.结果表明,明显的剪切/剥离应力集中均发生在接头搭接区端部,影响接头强度的主要因素是剪应力;伴随胶层厚度的增加,接头界面最大剪应力值先减小再增大,而最大剥离应力值则逐渐增大,接头界面剪应力最小值发生在胶层厚度为0. 25 mm的接头,即为胶接接头胶层厚度的较优值.     

胶瘤对单搭接胶接接头强度的影响

阐述了胶瘤所引起的金属单搭接胶接接头端头效应及其应力特性,采用三角形断面的金属楔块模拟了胶瘤对单搭接胶接接头承载能力的影响,实验结果表明,胶或楔块的存在使单搭接接头的端头应力集中程序相对下降,历而导致单搭接接头的拉剪强度明显提高。     

冲压连接接头拉剪强度的有限元分析

本文针对冲压连接接头拉剪强度的数值模拟方法进行研究。对0.7 mm低碳钢 0.7 mm低碳钢以及 1 mm低碳钢 1 mm低碳钢板冲压连接接头的剪切拉伸过程建立有限元模型,采用数值模拟的方法分析了冲压连接接头的拉剪强度及失效形式。并且通过试验过程验证有限元模拟结果的可靠性。在确定有限元模型可靠的情况下,分析了冲压连接接头处的网格尺寸以及冲压连接接头的嵌入值对冲压连接接头的影响。研究结果表明：有限元模拟结果与试验结果吻合良好;合适的网格尺寸能够在优化计算时间的同时得到可靠的计算结果;冲压连接接头的拉剪强度受上板嵌入值影响。     

CFRP/Al胶接接头形貌特征对连接性能影响

为解决汽车轻量化设计与制造中的异质材料间的连接问题,基于内聚力模型模型,对碳纤维增强复合材料（CFRP）/铝合金单搭接胶接接头,建立了接头有限元分析模型,并对有限元模型的有效性进行了试验验证.构建了3种具有不同形貌特征的CFRP/Al胶接接头结构方案,以单向拉伸载荷下的极限破坏载荷和破坏吸能量作为性能指标.结果表明:相对于普通单搭接接头,弧形接头破坏载荷和吸能量分别降低11.3%和9.88%;矩形槽接头失效载荷虽有所降低,但由于能更有效地发挥胶层中部区域的作用,在接头吸能特性方面有较大提升,接头抗冲击性能提升了91.63%.      

环境中水分对单搭接接头强度和应力的影响

研究了环境中的湿度对胶接接头强度的影响.当胶粘剂处于恒湿环境中,胶粘剂吸收环境中的水分,胶粘剂在固化时,其中吸收的水分汽化,在胶粘剂内部形成孔洞,从而导致实际搭接面积的下降并引起应力集中,使得胶接接头抗载能力的下降.随着接头孔洞的增加 ,接头的名义剪切强度下降,但实际的剪切强度反而上升.     

非平衡刚度胶-铆混合连接接头特性及失效机制

为解决汽车轻量化中混合材料车身的异质材料连接问题,研究了碳纤维增强环氧树脂复合材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）与铝合金非平衡刚度四钉压铆-胶接混合连接接头力学性能及失效机制.基于重导入和预定义场技术,建立了CFRP/Al非平衡刚度混合连接接头的非线性有限元分析模型,据此对混合连接压铆、回弹及拉伸载荷渐进失效机制进行仿真;对混合连接与单一连接力学性能和失效形式进行了对比分析.结果表明,所提出的建模方法能够同时考虑铆接成型过程和混合连接工艺顺序对混合接头连接特性的影响,混合连接最大载荷及能量吸收预测误差分别为2.3%、5.2%,具有较高的性能预测精度;铆接在失效初期对胶接具有加强作用,失效形式为先胶层失效后铝板拉伸失效,仿真与试验结果较为一致.      

异种材料单搭接接头力学性能

为研究异种材料在不同连接方式下的失效特点并促进胶铆接头在工程中的应用普及,本文以碳纤维/铝合金单搭接接头为研究对象,对胶接、铆接和胶铆混合连接接头的静态拉伸力学性能开展了试验研究。研究中以胶粘剂材料和铆钉材料为研究变量,首先对单搭接胶接接头和铆接接头的拉伸力学行为进行讨论,并从中分别选择了两种胶粘剂和铆钉材料进行组合,重点研究了胶铆接头的交互作用,同时也对铆接方向对接头的影响进行了探讨。研究结果表明,从载荷-位移曲线上看,胶接接头呈现脆性的断裂特点,铆接接头呈现韧性的断裂特点,胶铆接头综合了胶接和铆接的断裂特点,且胶粘剂在其过程中先断裂失效。另外,铆接方向对铆接和胶铆接头的力学性能有重要影响;当铆钉从碳板侧插入时,其力学性能会优于铆钉从铝板侧插入制备的连接接头。本研究中,强胶弱铆组合制备的胶铆接头表现出最强的正交互作用,因此其材料的利用率最高。本研究为工程实际中复合材料与金属材料间的连接提供了设计依据和指导方法。     

拉剪组合荷载下FRP-钢胶接连接力学性能

为明确FRP桥面板与钢梁之间胶接连接的力学性能，针对不同拉剪组合荷载下胶接连接的力学性能进行了系列试验研究，包括极限破坏荷载、破坏模式、刚度以及强度破坏准则. 针对胶接连接的受力特点，通过特制的圆盘加载试验装置，实现了6种不同比例的拉伸和剪切荷载组合 . 结果表明，在纯剪切荷载下，胶接连接在靠近钢梁位置的胶黏层内发生破坏 .在拉伸荷载和四种拉剪组合荷载下，节点的破坏模式为FRP层间破坏与FRP夹心板和胶黏层之间界面破坏的组合 . 荷载-位移曲线表明，胶黏层内胶体材料分布具有不均匀性，在试验过程中引起了胶接连接的偏心受力及应力重分布 . 根据矢量分离后的拉应力和剪应力，得到胶接连接的拉剪强度破坏准则.     

CFRP/Al四钉铆接接头性能研究

碳纤维复合材料（CFRP）作为一种新型轻质材料,与金属的连接问题备受关注.本文设计了CFRP/Al四钉铆接接头试样结构,通过试验与仿真对比,观察单搭接接头和T型连接接头的失效形式、位移-载荷曲线,验证接头三维累计损伤有限元模型的有效性.通过仿真比较不同接头尺寸对四钉接头力学性能的影响.结果表明,在一定范围内,铆钉直径越大,剥离强度越大,铆钉直径为5 mm时,剪切强度最大;铆钉排距为25 mm时,剪切强度最高,剥离强度会随着排距的增加而增大;铆钉列距越大,剥离强度越大,当列距为15 mm时,剪切强度达到最大值.因此,铆接方式能够有效解决CFRP和铝合金的连接问题,并且选择合适的接头尺寸可以提升接头的力学性能.     

430铁素体不锈钢电阻点焊工艺性能

采用机器人中频直流伺服焊枪点焊系统对1.2mm厚的AISI 430不锈钢薄板进行了点焊试验,研究了焊接电流对点焊接头力学性能、熔核直径、微观形貌、显微硬度以及拉剪断裂模式的影响规律.结果表明:随着焊接电流的增大,430不锈钢点焊接头抗剪强度增大,当电流达到10kA时,点焊出现飞溅现象,导致接头强度降低.接头熔核区由粗大的铁素体组成,带有少量的马氏体组织和碳化物沉淀.熔核区硬度高于母材区和热影响区,当熔核直径大于4.8mm时,接头主要发生纽扣断裂;当熔核直径小于4.8mm时,接头主要发生界面断裂,且一般为脆性断裂.