复合材料/铝合金黏接-自冲铆接头力学性能

为探究碳纤维复合材料黏接-自冲铆复合接头力学性能,对厚度为1.5 mm的碳纤维复合材料及5052铝合金板材分别进行自冲铆接,结合dp460环氧树脂黏接-自冲铆复合连接及黏接3种不同工艺制作单搭式接头,通过剖面直观检测分析法对接头成形进行质量评价,由拉伸-剪切试验获得各组接头的静破坏载荷及失效位移,并计算相应能量吸收值。结果表明:黏接-自冲铆复合连接工艺可以实现对碳纤维复合材料与5052铝合金板材的有效连接,其复合接头静破坏载荷比自冲铆接接头增加160%,为5 425.2 N;与黏接接头相比,黏接-自冲铆复合接头能量吸收能力更强,是前者的2倍;失效模式为在铆接位置发生纤维层断裂,黏接处发生混合破坏,搭接区域的5052铝合金板上出现纤维层残留;失效机理为铆钉刺入破坏纤维材料的连续性,在黏接剂的作用下断裂的纤维层黏接在上板并与下板分离。     

铝合金板材不同连接工艺接头强度对比研究

分别利用自冲铆接、电阻点焊、压印连接技术对AA5052铝板进行连接,通过剖面直观检测法分析接头的成形质量,利用电液伺服试验机对接头进行静力学试验,分析接头的失效形式、失效载荷以及能量吸收值。结果表明:5052电阻点焊接头的失效载荷最高,约为自冲铆接头的1.1倍、压印接头的2.5倍;自冲铆接头的能量吸收值最高,约为电阻点焊接头的1.5倍、压印接头的18.8倍。     

泡沫夹层对自冲铆接头力学性能的影响

为探究泡沫夹层对自冲铆接头力学性能的影响,制备以AA5052铝合金为基板,泡沫镍、泡沫铜为夹层的自冲铆接头;通过拉伸-剪切试验研究接头的静失效载荷、失效位移及能量吸收能力,分析接头的失效形式及宏观失效机理;运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行分析。结果表明:泡沫夹层对接头的成形质量影响显著,可增大接头的钉脚张开度,改善应力分布;1 mm泡沫镍夹层使接头静失效载荷增加8.9%;随着泡沫镍夹层厚度的增加,夹层结构自冲铆接头的抗拉强度呈降低趋势,但能量吸收值相对提升;泡沫铜夹层相对降低了接头的失效位移和能量吸收值,且其厚度对自冲铆接头的静失效载荷影响显著,泡沫铜夹层越厚,接头静失效载荷越低。泡沫夹层结构自冲铆接头的失效模式为铆钉脱离下板。     

非金属夹层三明治结构自冲铆接头力学性能

为探究非金属材料作为自冲铆接头夹层的力学性能,选取1.5 mm的5052铝镁合金为上下基板,分别以厚度为1mm的CFRP、1 mm的PC及0.1 mm的PET为夹层材料制备单搭式自冲铆接头,对各组接头沿子午线剖面进行成形质量评价,用MTS电液伺服材料试验平台对接头进行拉伸-剪切试验,分析最大破坏载荷与能量吸收值,对接头破坏位置进行SEM电镜扫描,分析其破坏形式。结果表明:自冲铆接技术可对非金属夹层三明治结构进行有效连接,接头破坏形式均为铆钉拉脱、铆扣结构破坏、内壁刮痕;夹层材料为PC板时,接头内锁结构更好,其破坏载荷及能量吸收值均优于以CFRP、PET为夹层材料的三明治结构自冲铆接头。     

铆接方式对AA5052铝合金自冲铆接头静力学性能的影响

为探究铆接方式对AA5052铝合金自冲铆接头静力学性能的影响,制备单向铆接方式(ZAA),双向铆接方式(ZAB和ZBA)3种接头,对其进行拉伸-剪切试验,分析接头的失效形式及宏观失效机理,研究接头的静失效载荷、能量吸收能力及刚度变化。结果表明:双向铆接方式相对于单向铆接方式可有效防止试件发生翘曲,且双铆钉拉伸失效形式均为板材断裂失效,ZBA组板材断裂部位为铆钉头接触处,ZAB组板材失效部位为铆钉管腿接触处,ZAA组板材失效部位则有铆钉头接触处和铆钉管腿接触处;ZAB组的失效载荷值最小,为7 051.7 N,小于ZAA组的7 154.7 N和ZBA组的7 228.0N,而ZAB组相对于其他组具有更好的能量吸收能力;双向铆接方式可有效提高接头刚度,但会使接头应力分布更趋复杂化。     

泡沫铜夹层压印及压印-黏接复合接头的力学性能分析

为研究泡沫金属作为压印接头以及压印-黏接复合接头夹层的可行性及接头的力学性能,选取AA5052铝合金板材及泡沫铜进行压印连接以及压印-黏接复合连接,搭接形式为单搭及十字搭接。对单搭接头进行拉伸剪切试验,对十字接头进行剥离试验。结果表明,泡沫铜作为压印接头以及压印-黏接复合接头夹层是可行的。并且,对于单搭接头,5052-泡沫铜-5052压印-黏接复合接头的承载能力、失效位移、能量吸收值均最优;对于十字搭接接头,5052-泡沫铜-5052压印-黏接复合接头的失效位移最大,5052-5052压印接头的能量吸收能力最优。     

三明治结构压印-黏接复合接头的力学性能及失效分析

为研究泡沫金属作为压印-黏接复合接头夹层的可行性以及接头的力学性能,选取AA5052铝合金板和泡沫镍、泡沫铜以及泡沫铁镍进行压印-黏接复合连接,利用电液伺服材料试验机对接头进行拉伸剪切试验,利用扫描电镜对失效断口进行观察,分析接头的失效形式、失效载荷、能量吸收值及其失效机理。结果表明:泡沫金属夹层可以使压印-黏接接头静力学性能更加稳定,并且三明治结构压印-黏接复合接头的承载能力与泡沫金属的面密度呈负相关关系,失效位移与泡沫金属的面密度呈正相关关系,泡沫镍夹层三明治结构压印-黏接复合接头的能量吸收能力更加优异。     

钢-铝异种金属自冲铆接头酸性环境下的失效行为分析

以摩尔浓度为0.02 mol/L的NaHSO_3溶液为腐蚀溶液进行钢(DP590)-铝(AA5052)异种金属自冲铆试件干湿周浸腐蚀试验,通过腐蚀动力学和静力学测试,研究自冲铆接头在酸性腐蚀环境下的静强度,并分析接头失效机理。结果表明:随腐蚀周期的延长,试件质量损失和腐蚀速率均呈先增大后减小趋势,板材与铆钉腐蚀程度不断加重;试件接头失效形式主要有3种(L、M和N形),其对试件静强度影响较大,M形失效试件静强度值远大于其他两种;失效位移对试件能量吸收值影响显著,M形失效试件能量吸收值最小。     

夹层结构自冲铆接头的腐蚀行为及力学性能

通过盐溶液周期浸润腐蚀试验,研究以AA5052铝合金为基板的泡沫铁镍夹层结构自冲铆接头的耐腐蚀性能,并用扫描电镜观察接头的腐蚀产物,再对各腐蚀时间的接头进行拉伸-剪切试验,探究夹层结构自冲铆接头的腐蚀行为,并揭示腐蚀对接头力学性能的影响。此外,总结了周浸腐蚀对接头能量吸收能力的影响规律。结果表明:不同腐蚀时间接头的拉伸失效模式变化的原因与其内部的腐蚀行为相关;接头的残余抗剪强度随周浸腐蚀时间的增加呈先增加后递减的趋势,失效位移和能量吸收值在周浸腐蚀前30 d先减小再增加,而30 d以后逐渐减小,这主要是受接头内部界面上腐蚀产物形貌演变的影响。     

含泡沫金属夹层的自冲铆接头力学性能研究

为研究含不同泡沫金属夹层的自冲铆接头的力学性能,在自冲铆接头中加入厚度相同的泡沫镍和泡沫铁镍夹层。对接头进行拉伸-剪切试验、电镜扫描和能谱分析,讨论影响自冲铆接头力学性能的各种因素。结果表明:泡沫金属夹层的加入可以影响SPR接头的内锁效果,对SPR接头的成形质量起到了积极的作用。加入泡沫铁镍的接头有效提高了峰值载荷,而泡沫镍夹层的加入可增加接头的最大破坏位移和能量吸收值。     

钢/铝异质组合自冲铆接头在周浸腐蚀试验中的性能研究

为研究钢/铝异质组合自冲铆接头在盐溶液周浸腐蚀试验中的性能变化,对DP590-5052(D-5)组和DP590-7075(D-7)组自冲铆试样进行盐溶液周浸腐蚀试验,并采用质量损失法和力学试验测试腐蚀前后接头性能的变化情况。研究结果表明:腐蚀试验前后,两组试样均有质量损失,随着腐蚀时间的增加,质量损失逐渐增大,腐蚀速率逐渐变缓;D-5组相对D-7组腐蚀破坏程度更明显,且对于样片,搭接区域的腐蚀破坏程度均大于样片其他区域,甚至下板铆接区域会被腐蚀出空洞;D-5组和D-7组的失效载荷值在下降前都有一段上升趋势,但D-7组失效载荷值降低程度较小;D-5的能量吸收值呈先上升后下降的趋势,而D-7呈一直下降的趋势;D-5组在0 h出现明显的刮痕,经腐蚀后下板被撕裂,并在撕裂断口处看到大量韧窝;D-7组则在腐蚀1 080 h内均有刮擦痕迹,随着腐蚀的增加,刮擦痕迹更明显,当腐蚀到720 h和1 080 h时,部分试件上会看到下板撕裂后呈韧窝状。     

夹层结构自冲铆接头疲劳性能的研究

以不同泡沫金属为夹层进行自冲铆接头疲劳试验,采用二参数威布尔分布检验疲劳数据,并拟合各组试样的S-N曲线。用扫描电子显微镜观测不同疲劳区接头的典型疲劳断口,分析裂纹萌生形式,研究接头在不同应力下的失效机理。结果表明:以泡沫镍为夹层的接头疲劳寿命明显优于泡沫铁镍为夹层的接头;泡沫镍在微动过程中迁移流动能力较强,在磨屑床中起第三体润滑承载作用;接头的疲劳裂纹萌生于接头的铆接点下板或铆孔中心的下板一侧区域;铝合金疲劳源区晶粒滑移呈不均匀性,疲劳裂纹萌生于金属夹杂物、第二相处;接头的裂纹扩展区可观察到大量密集分布的疲劳条带,并伴有较深的二次裂纹;在瞬断区,铝合金自冲铆接头呈韧窝形貌。     

黏接剂对DP780和TA1自冲铆接头力学性能的影响

以镀锌DP780高强度钢-钛合金TA1自冲铆接头和镀锌DP780高强度钢-环氧树脂黏结剂-钛合金TA1黏铆复合接头(黏接-自冲铆接)为研究对象,通过分析其载荷-位移曲线、截面成形参数、宏观失效模式,对比两组接头的力学性能。结果表明:黏铆复合接头平均静失效载荷和刚度系数比自冲铆接头分别增大29%、63%;内锁长度增加0.107 mm,残余底厚减小0.453 mm。黏铆复合接头宏观失效模式为铆钉腿拉脱断裂、胶层混合破坏,自冲铆接头失效模式为铆钉腿拉脱断裂。     

镁合金机械连接技术综述

对镁合金机械连接常出现的疲劳失效、高温失效和电偶腐蚀失效的失效机理进行分析,并针对这3种失效可以采取的防止措施进行综述。近年来采用加热自冲铆接、搅拌摩擦盲铆接等新铆接方法以及设计好螺纹连接件直径、选择合适的螺纹连接件材料可以分别提高铆接和螺纹连接接头强度,从而提高接头疲劳性能;防止高温失效的方法是通过合金化提高镁合金抗蠕变性能和选择铝制连接件来减小镁合金与连接件金属的热膨胀系数差异;在提高防电偶腐蚀方面,主要有表面处理、连接件材料优化和接头设计优化3种解决办法。     

自冲铆接头钉脚张开度预测模型及计算方法研究

钉脚张开度是自冲铆接头成形质量评价标准之一,决定接头的力学强度。为验证自冲铆接头钉脚张开度的预测公式及计算方法,以6组不同工艺参数的自冲铆接头的载荷-行程曲线确定铆钉脚由刺穿转为扩张的关键点,得到关键点位移和总位移,结合铆接工艺参数得到钉脚张开度的预测值。结果表明:自冲铆接头钉脚张开度与板材厚度、板材强度、铆钉尺寸、铆钉硬度和模具尺寸有关;6组试验结果与预测结果误差均值在4.3%以内,表明预测公式和计算方法能很好预测自冲铆接头钉脚张开度数值,可实现钉脚张开度的在线无损检测。     

飞行汽车轻量化板材自冲铆接工艺参数优化

以自冲铆接理论为基础,以某款飞行汽车轻量化板材使用的半空心铆钉为研究对象,通过数值模拟研究铆钉钉脚角度、冲头行进速度对铆接质量的影响。并在数值模拟结果基础上,通过拉伸试验研究在相同钉脚角度以及冲头行进速度下凹模尺寸与铆接质量之间的关系。结果表明:冲头行进速度和管脚尖端角度对铆接质量影响较大;对2 mm+2 mm的A6062板进行自冲铆接时,平底凹模铆接优于凸模铆接;冲头速度保持0.015 m/s,铆钉管脚尖端角度参数a、b的角度分布为50°、30°时,下板底切量较高,形成的互锁效果较好,铆接质量较高。     

铝合金压印连接运行工况图与微动磨损

通过对AA5182压印连接,制备一批压印连接试件,一部分用于静拉伸试验,平均失效载荷值为1 449 N,失效形式均为颈部断裂。另一部分用于微动试验,施加最大载荷力为1 350 N,应力比R=0.1,试件失效形式均为上板断裂,断裂方向垂直于加载力方向,断裂位于接头边缘处。对微动试验的运行工况图分析,可得:微动初期F-D曲线呈椭圆形,张开型,有明显弹塑性变形,材料刚度增加较快;循环次数逐渐增多F-D曲线呈近似直线型,塑性变形减弱,弹性协调为主,材料刚度增加减缓。     

铝钢异种金属搅拌摩擦焊搭接接头组织与性能研究

通过对5052铝合金和Q235钢板搅拌摩擦搭接焊进行试验研究,获得质量良好的接头,通过剪切试验、断口形貌扫描电子显微镜和能谱分析对搭接接头组织和性能进行测试研究。结果表明:采用搅拌摩擦焊可以获得焊缝成形良好、无孔洞和裂纹等缺陷的搭接接头,强度可达到225 MPa,基本接近铝合金侧母材的强度,焊缝接头获得良好的机械连接和冶金连接。针对铝钢搭接的接头形式构建了组织模型,将接头分为搅拌扩散区、机械结合区和冶金结合区,揭示了铝钢搅拌摩擦搭接焊的连接机理。     

初始裂纹对碳纤维层合板断裂韧性影响的研究

采用碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料层合板材料,制取了不同初始裂纹长度的试样,采用三点弯曲试验得到其弯曲断裂载荷-位移曲线,并采用柔度变化率的方法确定起裂点,用J积分的远场公式来计算JIC值。结果表明:碳纤维复合材料层合板具有"假塑性"的力学行为;随切口深度a/W增加,起裂点载荷值减小,并且当切口深度比较浅时,JIC值不稳定。     

连接工艺对铝合金搭接结构力学性能影响

为使飞机结构轻量化,用搅拌摩擦点焊、铆接、电阻点焊工艺连接某型飞机的典型铝合金搭接结构件并进行力学性能对比。对3种连接结构件的拉剪和疲劳失效形式进行分析,比较拉剪及疲劳性能,评价3种工艺疲劳可靠性。结果表明：搅拌摩擦点焊与铆接结构件拉剪性能相当,搅拌摩擦点焊的疲劳性能稍低于铆接结构件,两者的拉剪和疲劳性能均优于电阻点焊结构件。同时,搅拌摩擦点焊和铆接结构件的疲劳可靠性均优于电阻点焊。综合考虑力学性能、环保和结构轻量化等因素,搅拌摩擦点焊对实现飞机结构轻量化具有重大意义。