纤维增强复合材料胶接结构疲劳特性研究进展

纤维增强复合材料胶接结构的疲劳特性与纤维、环氧树脂以及胶黏剂的特性紧密相关,为了开展复合材料胶接结构的疲劳性能研究,本文提出适用于复合材料胶接结构的疲劳分析方法,完成复合材料胶接结构的抗疲劳设计,从复合材料层压板、层间以及胶接界面等研究对象的疲劳特性分析方法入手,全面综述了国内外学者在复合材料结构、金属胶接结构以及复合材料胶接结构的疲劳特性及寿命预测方法等方面的研究进展.结果表明:采用S-N曲线拟合得到寿命预测模型对复合材料胶接结构进行寿命预测是行之有效的,以此为依据开发基于物理机制的有限元寿命预测模型可以对疲劳裂纹扩展及疲劳特性进行分析,对于层间损伤和界面损伤,多采用粘聚区模型进行模拟分析,可以为复合材料胶接结构的疲劳失效分析方法的建立提供指导.     

复合材料胶接修补结构的热应力分析

针对复合材料补片胶接修补损伤金属结构中存在的残余热应力，本文充分考虑了周期结构对胶接修补区域的约束作用，系统地分析了胶接修补结构中残余应力大小以及残余热应力对结构静强度和疲劳寿命的影响，所得结果将为实际结构的胶接修补提供依据。     

铝合金胶接表面的磷酸阳极化

前言 胶接作为一种连接技术,在航空工业及其它部门正获得日益广泛的应用。胶接结构在应用中最重要的问题是提高胶接接头的耐久性,以及建立迅速、可靠的耐久性评定方法。 实践表明,惯用的硫酸一重铬酸钠法(FPL法)和铬酸阳极化法制备的铝合金胶接表面耐久性较差。为了解决胶接结构的脱胶和腐蚀两大问题,改进胶接表面制备方法具有重要意义。七十年代以来,国外发表了铝合金的磷酸阳极化等一些新的胶接表面制备方法。     

金属裂纹板复合材料单面胶接修补结构应力分析

考虑金属裂纹板复合材料单面胶接修补结构的几何非线性和边界条件,建立了考虑弯曲变形单面修补结构力学分析模型,计算出承受面内载荷时修补结构的弯矩和挠度,将补片自由端和金属板裂纹处的弯矩作为胶层应力控制微分方程的边界条件,推导出剪应力和剥离应力的解析解,及裂纹张开位移的表达式,并与有限元数值结果进行对比。分析结果表明,胶接修补结构应力分析理论模型和相关简化假设合理、正确。利用所建立的解析模型研究了金属裂纹复合材料单面胶接修补结构的应力分布特点及胶层主导破坏模式的失效机制,为胶接修补结构的承载能力分析以及结构改进设计提供了一定的理论依据。     

淀粉基API胶合木胶接结构破坏模式及失效机理

以淀粉基水性高分子异氰酸酯(API)胶合木胶接结构为研究对象,以胶接的压缩剪切强度为评估指标,通过加速湿热老化试验对胶接结构的破坏模式和失效机理进行了研究。结果表明:胶接结构的断裂性质为韧性断裂,且随着老化时间的增加,其破坏模式为由内聚破坏向内聚破坏+界面破坏转变。在湿热老化试验前期温度对压缩剪切试样性能起主要作用,在老化后期湿度起主要作用。     

搭接长度和铺层方式对CFRP复合材料层合板胶接结构连接性能和损伤行为的影响

针对不同搭接长度和铺层方式的碳纤维增强树脂（CFRP）复合材料层合板单搭胶接结构进行了拉伸试验,观察了试件的受力过程和失效形态,获得了载荷-位移曲线;同时基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则模拟了CFRP复合材料层合板的层内损伤形成和演化,并利用内聚力模型来模拟层间及胶层的失效损伤,对CFRP复合材料层合板单搭胶接结构在拉伸作用下的失效强度和损伤机制进行了预测,通过对比验证了该数值方法的有效性;通过数值试验比较不同搭接长度和铺层方式的单搭胶接结构及双搭胶接结构的连接强度和损伤行为,并提出了一种优化的CFRP复合材料层合板胶接结构。结果表明:CFRP复合材料层合板胶接结构的极限失效载荷随着搭接长度的增大逐渐增加并趋于稳定值,且结构的失效形式逐渐从胶层自身剪切失效过渡到邻近胶层的层合板层间分层失效;CFRP复合材料层合板胶接结构的连接强度和损伤行为随着铺层方式的不同而改变,通过对3种铺层方式的对比和分析,得到性能最好的铺层方式是[0₃/90₃]_2S;在搭接长度为5~20 mm时,通过对搭接长度进行优化,得到单搭胶接结构的最优搭接长度是17 mm,双搭胶接结构的最优搭接长度是19.3 mm,与搭接长度为20 mm相比,单搭胶接结构和双搭胶接结构的连接强度分别提高了13.26%和0.43%。      

基于遗传算法的碳纤维增强树脂复合材料层合板单搭胶接结构的多目标优化

基于遗传算法对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)层合板单搭胶接结构进行了多目标优化,以提高其结构性能。首先,通过三维Hashin准则和三角形内聚力模型建立三维有限元模型来预测CFRP层内损伤过程、层间失效和胶层损伤过程,并通过试验验证其有效性。其次,利用拉丁超立方抽样(LHS)方法和二次多项式响应面法(RSM),基于搭接长度、胶层厚度和被胶接件宽度等胶接参数建立以拉伸强度和剪切强度为目标函数的多目标优化代理模型。最后,基于遗传算法(GA)对拉伸强度和剪切强度代理模型进行优化,得出一组Pareto解集,并基于理想解排序方法(TOPSIS)对Pareto非劣解集进行折中处理,得到最好的胶接参数设计方案。结果表明:CFRP层合板单搭胶接结构的数值模拟结果与试验结果相比具有很高的吻合度,验证了有限元方法的可靠性;CFRP层合板单搭胶接结构的拉伸强度和剪切强度与搭接长度、胶层厚度和被胶接件宽度具有显著的关联性;二次响应面代理模型结果与数值模拟结果相比误差均小于2.3%;与常规的单搭胶接结构方案进行对比,搭接拉伸强度和剪切强度分别提高了2.65%和17.24%。      

DIC技术在复材胶接结构拉伸性能研究中的应用

为研究复合材料单搭接胶接结构的拉伸性能,通过数字图像相关方法(DIC)进行复合材料单搭接胶接结构全场变形场及应变场测试,采用电阻应变片测量方法进行对比验证分析,直观地研究拉伸剪切作用下的复合材料单搭接胶接结构的表面应变分布及失效机理。结果表明:单搭接胶接结构的双侧应变分布基本呈现反对称规律;采用数字图像相关测试技术测得应变值是有效的;复合材料单搭接胶接结构应变值相对较大位置位于搭接区域外,与失效模式进行对比分析,可知断裂发生在搭接区域外的完好被粘物区域。     

脲醛树脂胶黏剂改性研究进展:分子结构优化与改造

脲醛树脂(UF)胶接制品因长期释放甲醛,是家居环境污染的主要来源。目前,生产企业普遍通过降低甲醛与尿素摩尔比生产UF树脂以减轻胶接制品产生的甲醛污染,但摩尔比下降会造成UF树脂支化结构大量减少、固化交联度下降,最终导致树脂胶合强度和耐水性能变差。UF树脂性能好坏的关键在于其微观结构的形成,从分子水平优化与改造UF树脂结构是实现其固化速率、甲醛释放量和胶合性能之间平衡的有效方法。文中总结了利用三聚氰胺、乙二醛、树枝状大分子等改性剂优化与改造UF树脂结构的作用机理,阐述了不同改性方法与改性工艺对UF树脂胶固化性能、胶合强度及胶接制品甲醛释放量的影响,最后提出了改性UF树脂胶黏剂未来研究与发展面临的主要挑战。     

钛合金胶接表面处理研究

钛合金表面处理方法是影响钛合金胶接耐久性的重要因素。本文介绍了各种钛合金胶接表面处理方法及其表面分析技术,评述了各种表面处理方法对胶接耐久性的贡献。以湿热耐久性为考核点的研究结果显示:电化学方法优于化学方法,化学方法优于机械方法。另外,处于研究阶段的等离子体、激光等物理方法因具有较好的耐久性和低污染特性,有望用于钛合金胶接的工业领域。     

金属-复合材料胶接凹槽形貌增强及参数设计

金属-复合材料混合接头广泛存在于航空、船舶及汽车等领域,具有凹槽形貌的共固化金属-复合材料接头可保持复合材料结构的完整性和纤维的连续性。在被连接金属表面设计了±45°凹槽,评估了表面形貌对钢-玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)接头胶接性能的影响,设计了单搭接拉伸剪切试验,验证胶接接头的剪切性能;在模拟中引入随机Weibull分布,定义内聚单元材料参数,结合矢量化用户材料(Vectorized user material,VUMAT)子程序模拟了接头的渐进失效过程,并建立±45°凹槽结构的代表性体积单元(Representative volume element,RVE)模型,分析了凹槽宽度和深度等参数对胶接接头的性能影响。研究表明,±45°凹槽结构可以显著提高钢-GFRP胶接接头的剪切强度,数值模拟强度和破坏模式与试验吻合;凹槽深度和宽度对结构胶接性能的影响显著,本文可为金属-复合材料接头的设计提供参考。      

胶接钢轨绝缘接头用SL-3结构胶粘剂

上海橡胶制品研究所和上海铁路局科学技术研究所及南京铁路分局镇江机务段共同协作,研制成功了胶接钢轨绝缘接头用 SL-3结构胶粘剂。该胶与纤维布组成的胶粘层,可将鱼尾板与钢轨胶接牢固,以承受列车通过时产生的压力、冲击力及承受气温变化时产生的温度应力,并具有良好的绝缘性能。SL-3结构胶粘剂是由环氧树脂、聚芳砜树脂和合成橡胶所组成,系无溶剂固体薄膜     

磷酸阳极化工艺对铝合金胶接性能的影响

磷酸阳极化能有效提高铝合金的胶接性能和胶接接头耐久性。介绍了铝合金磷酸阳极化的机理、工艺、流程、各工艺参数对铝合金胶接性能的作用及规律以及对胶接副耐久性的影响。指出今后应优化铝合金阳极化工艺参数,以提高非胶接部分的耐腐蚀性能,从而提高铝合金胶接件的整体性能。     

光机系统胶接结构固化时间对面形精度的分析

在光机系统胶接结构中,为研究胶接剂固化收缩对镜片的影响,对胶接剂采用粘弹性模型进行了仿真计算,通过本构方程得到理论解,并采用当量温差法利用有限元分析软件ANSYS模拟收缩,分析了固化时间对镜片面形误差的影响.通过和线弹性模型对比,分析了粘弹性模型的优势.通过改变固化时间,分析了不同固化时间对镜片的不同影响.结果表明,仿...     

浅谈八钢胶带输送机胶接技术

通过对八钢公司铁前系统胶带输送机胶接技术的应用与实践,对胶接方法、胶接程序、施工工艺及注意事项等方面进行了总结分析,并提出了皮带热胶接中的技术要点、注意事项。     

松花江-Ⅸ 型胶接质量检查仪

为了无损检测金属胶接结构的胶接强度.我组在六二五所、七二一厂、武汉无线电元件厂的大力协助下,参考国内外有关仪器于一九六六年十二月研制成松花江-Ⅸ型胶接质量检查仪(图1)。松花江-Ⅸ型胶接质量检查仪是一种按“换能器谐振法”进行工作的超声波探伤设备。“换能器谐振法”是资本土义国家探伤的主要办法。一九五一年荷兰 Fokker(弗克)皇家飞机工厂在美国麻省工学院 H.G.Albert     

环氧胶接接头在酸介质中的老化行为研究

研究了环氧胶接接头在酸性介质中的老化行为,并用傅立叶红外光谱仪(FTIR)和扫描电镜(SEM)分析了其失效的机理.结果表明,环氧胶接接头在酸性介质中老化后,其剪切强度明显降低;胶粘剂分子链的降解是环氧胶接接头胶接性能降低的主要原因;盐酸溶液对环氧胶接接头的破坏作用要比硫酸溶液强.     

可剥布对T300/Cycom 970环氧树脂复合材料胶接性能的影响

在商用飞机复合材料结构制造过程中,可剥布在复合材料共胶接和二次胶接的表面处理过程中应用越来越广泛,逐步替代传统打磨方式。然而在实际应用中,可剥布与复合材料树脂体系之间存在一定的匹配性,经不同可剥布处理后的复合材料表面胶接性能存在较大差异。为研究其对胶接性能的影响,选用四种航空用可剥布对复合材料进行表面处理,采用热压罐工艺制备T300/Cycom 970环氧复合材料层压板,选取同一种航空用胶膜进行胶接。按照ASTM剥离测试和单搭接剪切测试标准,对T300/Cycom 970环氧复合材料胶接结构的性能进行测试,采用接触角测试、SEM和X射线能谱测试(XPS)分别对复合材料层压板制件和可剥布织物的表面润湿性、表面形貌和表面元素进行测试与分析。结果表明:选用聚酯湿可剥布处理后的T300/Cycom 970环氧复合材料胶接性能最佳;可剥布织物及涂层的残留会影响复合材料胶接性能;可剥布处理能改善复合材料表面润湿性,提高表面能,但并不能保障胶接质量;可剥布编织形式直接影响复合材料表面形貌,决定其表面粗糙度,对复合材料胶接性能也有较大的影响。     

环氧胶接接头在水中的老化行为研究

主要研究了环氧胶接接头在不同温度水中的老化行为,并用扫描电镜(SEM)和傅立叶红外光谱仪(FTIR)分析了其失效的机理.结果表明,提高温度可以加速环氧胶接接头在水中的老化;环氧胶接接头在水中破坏失效的原因主要是渗入到胶接层的水分子取代了胶粘剂分子在金属表面的粘附.     

表面处理对5083铝合金板胶接性能的影响

以α-氰基丙烯酸酯类瞬干胶为胶粘剂,采用剪切试验、接触角试验和扫描电镜观察系统研究了丙酮简单清洗、喷砂处理、阳极氧化处理以及偶联剂处理对5083铝合金板胶接接头剪切强度的影响。结果表明:经简单清洗后,所得胶接接头的剪切强度最低;在附着力和机械啮合的共同作用下,喷砂处理和阳极氧化处理胶接接头的强度得到了提高,其中阳极氧化处理的效果最为明显,与简单清洗胶接接头相比,剪切强度提高了223.1%;胶接前适当使用偶联剂可以使简单清洗和喷砂处理胶接接头的剪切强度提高,在该试验条件下,KH-550偶联剂体积分数为5%时,胶接接头的剪切强度均达到了最大值;但偶联剂使阳极氧化处理形成的纳米小孔不能发挥机械啮合作用,所得胶接接头的剪切强度相比未使用偶联剂的反而降低。