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。     

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.      

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/玻璃纤维混编复合材料和钢板的单搭接接头的力学性能分析与预测

对碳/玻璃纤维混编纤维增强复合材料(FRP)和金属的粘接接头、铆接接头及粘铆混合连接接头的力学性能进行了系统的仿真和试验研究。分别使用内聚区损伤模型、金属失效准则和Hashin失效准则有效地模拟试验中胶层的脱粘失效、铆钉的断裂和FRP板的损伤。结合3种失效准则建立粘铆混合连接的有限元模型,并对其混合连接接头的拉伸力学性能进行预测。结果表明有限元模型准确地预测了混合连接试验的最大载荷、失效位移、失效形式和复杂失效过程的各个阶段。混编FRP在有胶层的接头的失效模式上表现出了特殊性,作为编织纱的玻璃纤维被撕脱。此外,基于以上模型研究了胶层厚度对混合连接接头力学性能的影响规律。随着胶层厚度增加,接头的最大载荷先增大后减小,FRP板铆钉孔周围的失效范围逐渐增大。     

结构胶接接头湿热环境耐久性研究概述

相比于传统机械连接,如铆接、焊接和螺栓连接,结构胶接技术有着诸多优势,近年来在很多工业领域得到了广泛应用。由于胶黏剂本身具有高分子聚合物材料的特性,使得胶接接头的环境耐久性成为关乎工程结构连接可行性和长期服役可靠性的关键问题。在概述结构胶接接头湿热环境耐久性研究工作的基础上,分别从影响胶接结构性能的环境湿度、温度及其耦合作用等角度展开讨论,介绍了国内外研究人员取得的研究进展和成果。指出了今后的研究方向:结合多种观测尺度下的环境老化试验和数值仿真方法,探究胶层吸湿、蠕变、热膨胀和吸湿膨胀等环境老化行为,利用模型预测方法模拟其在多场耦合工况下的多种力学性能退化行为,从而为胶接结构的工程设计和应用提供更加可靠的理论建模和试验数据支持。     

2024-T42铝合金点焊接头性能研究

为改善高强铝合金接头连接性能,提高焊接质量,研究了2024-T42铝合金回填式搅拌摩擦点焊(RFSSW)、电阻点焊和铆接3种不同接头的连接性能,采用显微组织观察试验、拉伸试验、拉剪试验和显微硬度试验等方法,对接头组织和性能进行表征与分析.结果 表明:RFSSW接头的力学性能最优,拉剪性能达到7.23 kN,较铆接和电阻...     

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.     

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。     

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。     

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%.      

复合管焊接接头整管段应力腐蚀试验方法研究

西南某高酸性气田拟采用双金属复合管作为内腐蚀控制手段,为了评估复合管焊接接头的耐腐蚀性能,根据其结构特点,建立整管段试件有限元力学模型,并通过加载应力应变测试试验验证了有限元模型的准确性,确定出焊缝合理的应力槽形式和试验总压。采用自主研制的双金属复合管整管段的腐蚀评价装置和方法,开展了X52/825冶金复合管焊接接头在苛刻应力状态和腐蚀工况下的耐蚀性能评价,结果表明,X52/825冶金复合管焊接接头在模拟工况下,经720 h腐蚀实验后,均未出现破裂或刺漏,100%射线探伤检验结果显示X52/825冶金复合管焊接接头无开裂性裂纹,具有良好的耐蚀性能。研究结果为酸性气田复合管的性能评估和安全使用提供了技术借鉴。     

铜铝异种金属钎焊接头的电化学腐蚀性能研究

通过电化学Tafel曲线的测试,在室温3．5％氧化钠溶液中,对铜铝异种金属钎焊接头的电化学腐蚀性能进行了研究。结果表明：在钎焊过程中,施加一定压力,在一定的保温温度下,延长保温时问,可以提高接头的耐腐蚀性能。     

钢/铝回填式搅拌摩擦点焊接头界面形貌和组织研究

采用回填式搅拌摩擦点焊实现了钢和铝合金板的连接。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针X射线显微分析仪等设备观察了钢/铝点焊接头的界面形貌,并分析了钢/铝点焊接头的力学性能与界面形貌的关联机制。结果显示,钢/铝点焊接头的断裂类型为钮扣断裂,力学性能较好。钢/铝点焊接头结合良好,未见明显的焊接缺陷。在钢/铝点焊接头界面处可以观察到钩状结构和漩涡结构,这些结构提供机械互锁效果,有利于母材的结合。钢/铝点焊接头界面处形成了主要元素为Al、Fe和Si的金属间化合物层。有效的冶金结合和机械结合是钢/铝点焊接头性能良好的主要原因。     

复合材料层合板、壳胶-铆混合连接件有限元分析

推导了十六节产单元、二节点钉单元和基于一阶剪切变形理论的八节点等参板单元,并通过坐标变换使之用于壳体结构,还将相对坐标系内求解法与修正型虚拟的转动刚度法相结合,有效地克服了平面单元分析壳体结构所固有的方程病态问题。通过算例,对复合材料旋转壳体混合连接件中的应力分布进行了分析和讨论,得到了一些有益的结果。     

Metallographic structure,mechanical properties,and process parameter optimization of 5A06 joints formed by ultrasonic-assisted refill friction stir spot welding

Novel hybrid refill friction stir spot welding (RFSSW) assisted with ultrasonic oscillation was introduced to 5A06 aluminum alloy joints. The metallographic structure and mechanical properties of 5A06 aluminum alloy RFSSW joints formed without ultrasonic assistance and with lateral and longitudinal ultrasonic assistance were compared, and the ultrasonic-assisted RFSSW process parameters were optimized. The results show that compared with lateral ultrasonic oscillation, longitudinal ultrasonic oscillation strengthens the horizontal bonding ligament in the joint and has a stronger effect on the joint's shear strength. By contrast, lateral ultrasonic oscillation strengthens the vertical bonding ligament and is more effective in increasing the joint's tensile strength. The maximum shear strength of ultrasonic-assisted RFSSW 5A06 aluminum alloy joints is as high as 8761 N, and the maximum tensile strength is 3679 N when the joints are formed at a tool rotating speed of 2000 r/min, a welding time of 3.5 s, a penetration depth of 0.2 mm, and an axial pressure of 11 kN.     

15MnVN与16MnR钢焊接接头在湿H_2S介质中应力腐蚀破裂敏感性的研究

文中阐述了应力腐蚀对焊接结构的危害性,采用改进型WOL试块和由北京工业大学推荐的柔度测试装置,用恒位移柔度法研究了不同合氢情况,不同轧制方向的焊接接头在湿H_2S介质中对应力腐蚀破裂的敏感性。研究结果表明,16MnR钢焊接接头较15 MnVN钢有较高的抗应力腐蚀破裂的能力。对同一种钢来说,无氢较合氢、垂直于轧制方向较平行于轧制方向的焊接接头有较高的抗应力腐蚀破裂的能力。