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.     

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     

外力作用下聚氨酯胶粘剂在NaCl水溶液中的耐久性

用聚氨酯胶粘剂和铝片制备胶接试样并在NaCl溶液中浸泡,考察了NaCl溶液的温度、NaCl的质量分数以及应力对胶粘剂粘结强度的影响。采用拉伸实验法测试胶接试样的拉伸剪切强度,分别用扫描电子显微镜图、红外光谱图分析浸泡前后胶层的表面形貌和胶粘剂分子结构的变化。结果表明,胶粘剂的粘结强度随载荷的增加而急剧下降,失效所需时间从1000N 的150h 快速降至2000N下的30h以下;在恒载荷时,失效所需时间从NaCl的质量分数为5%的60h上升至15%时的160h。温度的作用主要表现为在浸泡初期能加速聚氨酯胶粘剂的降解和粘结强度的下降,粘结强度从35℃的93.5%下降到70℃的65.0%左右;但是在浸泡中后期,则其作用变小,剪切强度维持在35℃时的64.0%、70℃时的63.0%和50℃时的44.0%。     

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.     

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。     

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。     

复合材料ABS/TiO2胶接接头拉剪强度的分形表征

通过观察分析颗粒增强复合材料ABS/TiO2铣削加工表面的轮廓线和SEM形貌,发现至少存在3层相似子结构,且有确定的分形维数,说明ABS/TiO2铣削加工表面具有分形特征.探讨了胶接件表面形貌对胶接强度的影响,并建立了单面搭接接头拉伸剪切强度(简称拉剪强度)的分形模型,为揭示胶接件表面形貌与胶接强度之间的内在联系作了初步探索.     

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。     

基于响应面模型的胶接接头拉剪强度影响因素分析

通过建立胶接接头拉剪强度的有限元模型,预测接头拉剪过程中的胶层内部最大应力,基于胶层和钢板的材料特性、几何因素与胶层内部最大应力的响应面模型,分析了不同因素对胶接接头强度的影响规律.结果表明:胶层内部最大应力与钢板厚度呈负相关关系;胶层厚度和钢板屈服强度均存在使胶层内部应力最小的临界值;胶层内部最大应力与胶层屈服强度呈负相关线性关系,其斜率受到胶层厚度及钢板的厚度和屈服强度的共同影响.     

空气等离子处理对碳纤维增强复合材料表面特性及胶接性能的影响

为了改善碳纤维增强复合材料(CFRP)表面浸润性及提高胶接强度,采用常温常压空气等离子方法对CFRP胶接表面进行预处理,测试了不同预处理参数下CFRP与水的接触角,计算了其表面能;利用原子力显微镜、傅里叶红外光谱仪和X射线光电子能谱仪分析不同处理参数下CFRP表面的物理和化学性能;采用4种胶粘剂测试CFRP的胶接拉剪强度.结果表明:喷头与CFRP表面的距离为6 mm、喷头移动速度50 mm/s为最佳的等离子处理条件;经等离子处理后,CFRP与水的接触角由处理前的114°降低至23°,表面能由32.49 mJ/m~2升高到72.19 mJ/m~2;等离子处理增强了CFRP表面环氧官能团,降低了表面粗糙度,表面形成了大量微米级沟壑;采用等离子处理能够显著提高环氧树脂胶粘剂接头的拉剪强度,使其失效形式由界面失效转变为基材失效,而聚氨酯胶粘剂接头的拉剪强度变化不大,其失效形式由界面胶层与内聚复合失效转变为纯界面失效.     

L-45脲醛树脂胶粘剂的研制

L-45脲醛树脂胶粘剂是在普通脲醛树脂胶合成方法的基础上,采用一次加料、不脱水工艺,以1.3%左右的三聚氰胺和4%左右的聚乙烯醇为改性剂的改性胶。它的耐沸水性与普通胶相比有显著提高,一般剪切强度也有所提高,游离甲醛含量也下降很多。此种改性胶的耐水强度达到国家Ⅰ类胶合板所用胶粘剂的标准。     

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。     

结构胶黏剂在温度作用下的剪切性能试验研究

设计并进行了2组采用不同条件固化的胶黏剂的拉伸剪切试验,研究了结构胶黏剂的剪切强度和剪切刚度随温度升高的变化规律,以及不同温度下胶黏剂剪切破坏模式.试验发现,室温固化的胶黏剂再次经历高温后,其玻璃化温度Tg有了30℃左右的提高;随着温度的升高,胶黏剂剪切强度和剪切刚度总体上呈下降趋势,且在其玻璃化温度Tg前后20℃的区域内变化最为明显.研究表明,胶黏剂玻璃化温度是影响胶黏剂温度作用下剪切性能的关键因素,同时高温固化方式可以提高胶黏剂玻璃化温度,延缓胶黏剂剪切强度和剪切刚度的下降.在此基础上,引入玻璃化温度这一重要参数,给出了结构胶黏剂的剪切强度及剪切刚度与温度之间的关系模型,为实际工程应用提供了参考.     

超声振动辅助碳纤维复合材料胶接研究

基于超声波振动能够改善液体填缝、提高固液界面浸润的特性,提出超声波振动辅助碳纤维复合材料胶接方法.在碳纤维复合材料胶接过程中,外加超声波振动,通过外力场直接干预并强化胶接过程,突破目前胶接主要通过界面改性等被动强化方法的不足.以赛车碳纤维悬架横臂胶接接头为研究对象,采用正交实验,研究超声波振动位置、振动时间、振动压力三个工艺因素,设计了超声波辅助碳纤维复合材料接头胶连接的工艺.实验结果表明:超声波振动辅助胶接可提高胶接强度52%,提高胶接强度稳定性66%,显著改善碳纤维复合材料的胶连接性能,为复合材料胶连接工艺强化提供参考.     

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。     

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.     

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。     

金属基陶瓷涂层用无机结合剂的制备

采用H3PO4,Al(OH)3为主要原料合成金属基陶瓷涂层用无机胶粘剂,以磷酸盐胶粘剂为基料,添加氧化铜为固化剂,通过设计氧化铜和磷酸盐的配比即调胶比配制而成;并将其刷涂在金属基体表面.研究氧化铜粒度、调胶比、固化温度和时间对胶黏剂粘结强度的影响;利用电子万能试验机测试其拉伸、剪切强度.采用扫描电镜分析粘结机理.结果表明:随着磷酸盐密度增大,调胶比由小到大时,胶粘剂的粘接强度由大变小.随着固化时间的增加,胶粘剂的粘接强度增大;随着固化温度的升高,胶粘剂的粘接强度先增大后减小.胶粘剂Al/P=1:3、氧化铜粉粒径为200~400目、调胶比为4g/ml、固化温度为160℃、固化时间不少于3h时,能达到理想的粘接强度.基体与胶粘剂的界面结合强度源于机械互锁与互扩散.     

拉剪组合荷载下FRP-钢胶接连接力学性能

为明确FRP桥面板与钢梁之间胶接连接的力学性能，针对不同拉剪组合荷载下胶接连接的力学性能进行了系列试验研究，包括极限破坏荷载、破坏模式、刚度以及强度破坏准则. 针对胶接连接的受力特点，通过特制的圆盘加载试验装置，实现了6种不同比例的拉伸和剪切荷载组合 . 结果表明，在纯剪切荷载下，胶接连接在靠近钢梁位置的胶黏层内发生破坏 .在拉伸荷载和四种拉剪组合荷载下，节点的破坏模式为FRP层间破坏与FRP夹心板和胶黏层之间界面破坏的组合 . 荷载-位移曲线表明，胶黏层内胶体材料分布具有不均匀性，在试验过程中引起了胶接连接的偏心受力及应力重分布 . 根据矢量分离后的拉应力和剪应力，得到胶接连接的拉剪强度破坏准则.