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.     

燃煤电厂FRP排烟筒筒体对接接头的结构优化

为了优化燃煤电厂悬挂式玻璃纤维增强塑料(FRP)排烟筒筒体之间对接接头连接结构,采用理论计算分析以及对FRP筒体双搭接结构试验件进行拉伸实验的方法,分别研究了搭接区域的厚度、倒角结构和筒体末端预胶接对FRP排烟筒对接接头的拉伸强度、破坏载荷以及破坏形式的影响。结果表明:接头连接试验件的拉伸强度随着搭接区域厚度的增加呈现先增加后减小的趋势,破坏载荷先增加后趋于稳定,当搭接区域厚长比达到8.5%时,拉伸强度和破坏载荷达到最大值;搭接区域倒角结构和接头末端预胶接能够提高接头连接件的拉伸强度和破坏载荷;随着搭接区域厚度的增加,接头连接试验件的破坏形式出现纤维断裂破坏、搭接区域剥离破坏和被连接件的剪切分层破坏。最后,建议FRP排烟筒接头采用倒角和预胶接结构形式,以提高排烟筒的整体受力性能。     

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.      

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.     

单搭接接头断续胶层中应力分布的数值分析

在分析现有的单搭接接头胶层中有集中间隙的有限元模型的基础上，提出了用平面应力随厚度变化的模型取代平面应变模型思路，对比了连续胶层与胶层中有3个断续间隙时搭接部位上剪切应力分布情况。结果表明：与连续胶层的单搭接接头相比，有3个断续间隙的接头剪切应力分布模型大致相同，应力的峰值增加约10％，断续胶层仍承受了部分工作载荷。     

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.     

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。     

层压板单搭接胶接结构损伤失效行为表征分析

为指导层压板胶接结构设计,提高层压板胶接结构的稳定性,基于ABAQUS软件及其用户自定义场变量子程序(USDFLD)和内聚力单元,建立了同时考虑层压板与胶层损伤与失效的层压板单搭接胶接结构的数值分析模型,模型预报结果与试验结果基本吻合.基于该模型对层压板单搭接胶接结构进行应力分析与承载能力影响因素分析,结果表明:胶接结构中胶层剥离应力在胶层内呈对称分布且两端存在应力集中现象,胶层的失效从胶层的两端向中间逐渐扩展;胶层剪应力沿胶层长度方向呈两端高中间低的"凹"形分布;搭接长度是影响胶接接头强度的主要因素,随着搭接长度的增大,胶接接头的强度随之增大并最终趋于稳定值;胶接接头强度和刚度随层压板厚度的增大而增大,但增加幅度较小;层压板铺层形式对胶接结构的承载能力几乎无影响.     

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。     

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。     

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。     

基于ABAQUS软件的海上漂浮软管接头剥离破坏的数值分析

海上漂浮输油软管在拉伸载荷作用下,管接头失效的主要形式为管本体内层橡胶复合材料与接头钢制短节的剥离损伤.本文以8吋海上漂浮输油软管为例,采用ABAQUS软件中零厚度的内聚力单元模拟粘合剂,数值分析拉伸载荷作用下软管接头的剥离损伤的问题,提出软管接头粘合剂的剥离损伤力学分析方法,为海上漂浮输油软管接头结构的承载能力分析以及接头的结构改进设计提供依据.     

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.     

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。     

铝合金板式节点受弯承载力试验研究

从理论上提出了铝合金板式节点在面外弯矩作用下的抗弯承载力计算公式.进行了4个铝合金板式节点试件试验,其中3个试件只承受面外弯矩,一个试件同时承受面外弯矩和剪力,得到了板式节点的受力性能,归纳了板式节点在面外弯矩作用下和弯剪联合作用下的破坏模式主要为:杆件受弯破坏、节点板块状拉剪破坏和节点板的屈曲破坏.通过试验数据分析,得出了反应撬力对其极限承载力影响的折减系数k1的取值范围,并验证了承载力计算公式的准确性.针对4个板式节点试件的试验,采用ABAQUS有限元软件建立了有限元数值分析模型,分析了其极限承载力,补充和完善了试验研究.     

型钢混凝土转换节点的抗剪性能

通过对连续型钢混凝土梁式转换层结构模型的两种加载方式进行拟静力试验,对比分析了型钢混凝土转换节点与柱不带轴压力型钢混凝土框架节点的抗震特性,得到了区别于普通框架节点的转换节点破坏机制、耗能能力、强度退化等.建立有限元模型,进一步对比分析,证明了转换节点在地震作用下的受力特性符合节点斜压杆机理,建立了型钢混凝土节点抗剪受力模型.