搭接长度对复合材料单搭接胶接接头的影响

 针对复合材料单搭接接头的拉伸性能进行有限元建模,分析搭接长度对单搭接接头的应力分布和破坏模式的影响.结果表明:当搭接长度在5～45mm变化时,最小剪切应力逐渐减小,当搭接长度大于20mm时,搭接长度对应力分布的影响减少;破坏载荷逐渐增大,当搭接长度大于20mm时,搭接长度对破坏载荷的影响减少;单搭接接头的破坏模式为胶层-复合材料界面的边缘发生部分损伤,导致胶层损伤,搭接长度的变化影响单搭接接头的损伤严重程度.     

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。     

接头形式对胶接强度的影响

研究了不同搭接接头形式,胶粘剂毛边和拉伸切强度的测试方法对拉伸强度的影响。试验结果表明：降低应力集中及剥离应力小的接头形式可有效地提高胶接强度。     

间隙对单搭接胶接接头强度和应力的影响

研究了搭接长度为12．5mm的单搭接接头搭接区域预留间隙对搭接强度和应力的影响。结果表明，间隙的位置对搭接强度有较大的影响，与连续胶层相比，胶层中部一定宽度的间隙虽然使名义强度降低，但对于提高单搭接接头的实际强度有明显的作用，剪切强度最大值可比连续胶层接头增大约60％，而胶层端部预留间隙却使名义强度和实际强度均显著降低，对两种接头进行了有限元的数值分析，指出最大应力仍然处于胶瘤端部附近，间隙位置对应力的峰值有较大的影响。     

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.     

胶接、胶焊与点焊接头剪切拉伸疲劳行为

通过剪切拉伸疲劳试验测定车用结构胶接接头、胶焊接头和点焊接头在不同应力水平下的疲劳寿命.基于载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设,利用疲劳试验数据拟合出载荷-寿命曲线,以此表征三种接头的疲劳性能.同时,对胶接接头、胶焊接头和点焊接头的疲劳行为进行对比分析.研究表明:三种连接方式的疲劳试验数据具有较好的规律性;拟合结果证实了三种接头载荷-寿命曲线在单对数坐标下为指数曲线段这一假设的正确性;胶接接头的疲劳强度最高,而点焊接头最低;胶焊接头的疲劳断裂行为比胶接接头更为安全;通过胶焊工艺可以有效提高车身接头的疲劳寿命等.研究结论为车用结构胶胶接技术的应用提供了参考依据.     

胶接接头的耐久性及其无损评价

分析了影响胶接接头耐久性的几个重要因素,并指出水对接头的弱化是影响其耐久性的最主要因素.同时,通过对几种超声法及振动法检测胶接接头耐久性的研究结果的对比看出,对于胶接接头耐久性的可靠评价必须建立在进一步研究退化机理及精确模型和探索对接头退化敏感的超声方法基础上.     

加载速率对胶接单搭接头剪切强度的影响

讨论了胶层中的粘弹性对单搭接胶接接头拉伸剪切强度和应变的影响,认为胶层一般具有的粘弹性与应力集中程度间有较为密切的关系试验结果表明：在胶接接头经历拉伸剪切试验时,加载速率对接头强度和应变有显著的影响,胶层中的粘弹性也起着重要的作用     

纵向间隙对胶接接头应力分布影响的数值分析

运用弹塑性有限元法研究了连续和纵向间隙连接的单搭接接头应力分布规律.结果表明,当纵向间隙存在时,应力峰值发生在间隙端,随着间隙越大,应力集中越明显;间隙的偏心距越大,应力集中越明显.     

胶层厚度对胶连接接头承载力的影响机理与控制

为了明晰胶层厚度对胶连接接头承载力的影响机理,采用试验、数值模拟和理论分析相结合的方法研究了胶连接接头承载力与胶层厚度的关系,据此提出了控制技术,并通过试验证明了该技术的有效性。试验发现,随着胶层厚度的增加,初期承载力增加,但是进一步增加胶层厚度,接头破坏模式由剪切破坏变为剥离破坏,承载力明显下降。研究表明,当胶层较薄时,剪应力是接头破坏的控制因素,胶层厚度增加会降低剪应力集中,故承载力提高;而当胶层厚度增加到一定程度时,剥离应力成为接头破坏的控制因素,剥离应力明显增加,故承载力下降。     

基于一维梁理论模型的金属单搭粘接贴片接头强度分析

摘要： 为了提高单搭粘接接头的强度,基于Goland和Reissner的一维梁理论模型,设计了单搭粘接贴片接头;对铝合金5052(AA5052)单搭粘接接头、AA5052单搭粘接贴铝片接头和AA5052单搭粘接贴铜片接头进行了拉伸 剪切试验,并通过有限元数值模拟获得3种接头破坏位置附近胶层的应力分布情况.结果表明：随着搭接端部刚度的增大,单搭粘接接头的强度逐渐增大,胶层中间部分的应力变化逐渐趋于平缓;与AA5052单搭粘接接头相比,AA5052单搭粘接贴铝片接头的强度提高了3.8%,AA5052单搭粘接贴铜片接头的强度提高了4.9%,从而验证了采用单搭粘接贴片接头的方法具有较好的可行性和有效性.     

CFRP加固钢筋混凝土简支梁桥的设计计算

由于碳纤维受力过程中特有的线弹性性质,粘贴加固计算时需判断加固截面的应变状态。结合某钢筋混凝土简支T形桥梁粘贴碳纤维片加固设计,应用碳纤维片加固受弯构件正截面强度计算公式,介绍了该公式在加固设计及强度复核中的应用方法及注意事项。加固前后的荷载试验结果表明,粘贴碳纤维片可大大提高主梁的抗弯刚度,增加主梁的承载潜力,有效抑制了混凝土的开裂。     

碳纤维复合材料与高强度钢板螺栓连接拉伸性能

以单螺栓单剪连接[0°/90°]4s环氧树脂基碳纤维增强复合材料(CFRP)/高强度钢板(DP980)为研究对象,对接头宽度和端距进行了匹配设计,用试验和仿真手段,分析连接结构在承受拉伸载荷作用时的失效过程和破坏模式.结果表明:接头宽度和端距对接头破坏模式影响很大,接头宽度对接头刚度影响较大,端距对接头刚度影响较小,一定范围内接头宽度和端距对接头强度影响均较大;接头宽度与螺栓孔径的比值≥6、端距与螺栓孔径的比值≥3时,接头强度趋于最大值,并且破坏模式以挤压破坏为主;二次弯曲对CFRP/DP980接头强度影响很大.     

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。     

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.      

BFRP与CFRP加固混凝土短柱抗震性能试验研究

对5根采用玄武岩纤维布和碳纤维布加固的混凝土短柱和1根对比柱进行了低周反复荷载试验.试验表明,玄武岩纤维布环向包裹加固能显著改变混凝土短柱的破坏形态,提高混凝土短柱的抗剪承载力、延性和耗能能力.相同工况下,玄武岩纤维布加固短柱的抗震性能与碳纤维布加固的短柱相近.玄武岩纤维布因低廉的价格和较好的综合力学性能,在抗震加固领域将有较好的应用前景.     

负载下碳纤维布约束混凝土圆柱轴压应力-应变关系试验研究

通过32个碳纤维布约束混凝土圆柱的轴压试验,研究了圆柱在不同的负载水平、混凝土强度和碳纤维包裹层数下的破坏特征和力学性能,并对负载导致约束混凝土峰值点应力和应变下降的原因进行了分析.试验结果表明,负载水平的大小对于碳纤维布的约束效果有明显影响.随着负载水平的提高,第2阶段刚度、峰值点应力和应变均逐渐下降;而碳纤维包裹层数的增加,则放大了这种效应.在已有未负荷状态下碳纤维布约束混凝土的相关研究成果的基础上,根据试验结果,首次提出了考虑负载影响的第2阶段刚度、侧向膨胀系数、峰值点应力和应变的计算公式,并提出了考虑负载影响的碳纤维布约束混凝土圆柱的应力-应变关系计算模型.     

玄武岩纤维与碳纤维加固连续梁抗弯试验研究

为分析玄武岩纤维布与碳纤维布加固混凝土T形截面连续梁的抗弯性能和破坏模式,对7根由两种纤维加固的T形截面连续梁和1根对比梁进行了抗弯试验.试验设计考虑了混凝土连续梁负弯矩区纤维布绕过柱粘贴的情况.试验结果表明,同等工况下,玄武岩纤维布对连续梁的抗弯承载力提高程度较小,但玄武岩纤维布加固梁具有更好的延性.建议国产玄武岩纤维布加固混凝土受弯构件的允许拉应变,对于重要构件不超过0.007,对于一般构件不超过0.01.实际工程中,对混凝土受弯构件加固后的承载力提高幅度要求不高且要求较好延性、耐腐蚀性的情况下,可采用玄武岩纤维复合材料.     

外包角钢与CFRP复合加固中长柱承载力分析

通过9根外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土中长柱的轴心受压试验,研究了复合加固中长柱的破坏特征和受力性能,提出了合理的约束模型和核心混凝土的本构关系．在试验研究的基础上,结合折算模量理论．建立了外包角钢与碳纤维布复合加固钢筋混凝土中长柱的折算模量计算方法,并推导了复合加固中长柱的非弹性屈曲临界承载力计算公式。公式中考虑了柱长细比、碳纤维布置、缀板量和角钢量等因素的影响,同时编制了承载力的电算程序,其计算结果与试验结果吻合较好,可为实际工程应用提供参考．