碳纤维增强聚合物-AA5052铝合金三层板自冲铆接性能

旨在研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)-AA5052铝合金三层板自冲铆接的可行性,评估板材搭接顺序对接头截面形状的影响,探究接头成形的机理。通过拉伸-剪切试验研究试样配置及承载形式对接头机械性能的影响。结果表明:板材搭接配置会影响接头内部材料的流动趋势,从而影响接头的成形质量。CFRP板作为中间层时接头可获得良好的机械内锁成形。CFRP板作为中间层并单独作为接头的一端承受拉剪载荷时,接头的失效位移达9.5 mm,同时接头可获得较优的刚度和抗剪强度。     

轿车发动机罩外板成形毛坯尺寸的数值模拟

基于数值模拟技术,采用动态显式有限元分析软件eta/DYNAFORM,对汽车发动机罩外板的成形过程进行研究,通过建立2组共8种冲压仿真模型,针对方板及剪角板板材模型,分析了板材形状、工艺补充尺寸对发动机罩外板成形的影响,确定了合理的板材尺寸,并得出以下结论:板材形状和尺寸对发动机罩外板的成形有显著影响;当板材形状不合适时,在一定范围内调整尺寸可改善成形结果,但不能解决根本问题;剪角板更适合轿车发动机罩外板的成形,若采用方板则需要较大的板材;采用75°剪角板可获得较好的成形结果.     

不同搭接顺序下三层板电阻点焊接头力学性能

汽车侧撞区前围横梁及A柱斜支撑通常为热冲压成形零件,前围板则采用成形性极好的深冲软钢薄板冲压而成,此区域形成了典型的差强差厚三层板电阻点焊接头.前期研究中表明强强、强弱界面承载差异极大造成焊点整体承载能力严重下降,本文则侧重研究不同搭接顺序对焊点整体力学性能的影响.以B1500HS-1.4 mm、B1500HS-1.6 mm两种热成形钢和DC06-0.8 mm软钢3种差强差厚材料为研究对象,对比强强弱和强弱强两种不同搭接顺序的电阻点焊接头不同界面下的接头力学性能,并对两种电阻点焊接头熔核形成过程、熔核区显微组织、界面熔核尺寸以及显微硬度进行了对比研究与分析.结果表明:不同搭接顺序下的点焊接头具有不同的接头抗剪峰值载荷和断裂能量,点焊接头熔核过程显微组织形成过程揭示了强弱强搭接顺序下的点焊接头承载能力提高机理.最后,给出A柱侧撞区域强弱强搭接的合理设计,从而提高车身整体耐撞性能.     

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.     

预成形型面对二道次渐进成形板厚分布的影响

为了研究预成形型面对金属板材二道次渐进成形板材厚度分布的影响,以直壁件两道次渐进成形为研究对象,首先制定了三种不同的预成形型面设计方案(型面轮廓线分别为圆弧和直线段),而后基于有限元模型分析了不同预成形型面条件下的板厚和等效塑性应变分布,并进行了实验验证.研究结果表明:半径为80mm的圆弧状预成形型面侧面轮廓线可获得更均匀的板材厚度分布、更大的最小板材厚度、更小的等效塑性应变;二道次最小厚度分布并不取决于整个塑性变形区的大小,而决定于第二道次实际参与的变形区域大小,而该区域的大小决定于预成形型面的设计;最终板厚分布和预成形型面曲率并不存在线性关系,当切线夹角为40°左右时,板厚分布最均匀.     

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%.      

铝合金覆层板成形极限图

提出一种创新的试验方法研究铝合金覆层板的成形极限图,即采用单拉试验获得成形极限图的左半区域,右半区域采用不同椭圆度的凹模得到不同应力状态下覆层板的成形极限应变,并且在成形极限图中引入方板对角拉伸试验数据,用于预测板材成形过程中起皱缺陷的产生,使成形极限图的预测功能更加完善。同时,进一步研究不同覆板材料和厚度对铝合金目标板材成形极限图的影响。研究结果表明:在覆层板方式下,目标板材成形极限图中的极限临界区向上移动,并向右移动,成形极限增大,并且成形极限图中起皱区域面积减小,抗失稳能力提高。成形过程选择强度系数K较高、加工硬化指数n较大及适当厚度的覆板有助于成形板材成形性能的提高。     

不同铆接速度下板材搭接顺序对钢/铝异种金属铆接接头性能的影响

采用自冲铆接实现了钢/铝异种金属的有效连接。通过改变铆接速度，对比研究了钢上铝下和铝上钢下两种搭接顺序下的接头的成形性能、断裂力和断裂方式。研究结果显示，随着铆接速度的增大，接头头高和底切量不断减小，互锁值不断增大。钢上铝下搭接顺序下的接头的成形情况较为稳定，缺陷较少。钢上铝下搭接顺序下的拉剪接头的断裂力明显高于铝上钢下搭接顺序下的拉剪接头的，而铝上钢下搭接顺序下的十字拉伸接头的断裂力明显高于钢上铝下搭接顺序下的十字拉伸接头的。铆钉变形时受力方向的不同导致拉剪接头的断裂力明显高于十字拉伸接头的。铆接速度为250～325 mm/s时，可以实现两种搭接顺序下的接头成形性能和断裂力的良好匹配。     

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.     

混凝土梁侧面粘贴CFRP布的结构加固性能的试验研究

研究采用在混凝土构件侧面粘贴碳纤维布这种新形式加固受弯构件的受力性能，试验研究共设计了4根少筋梁，试验时，先通过2个对称的集中荷载将梁预加载至纯弯段出现一道主裂缝并失效，然后，卸载并用碳纤维布粘贴于梁侧面受拉区予以加强，待粘贴树脂固化后，再重新加载至梁的极限荷载，试验重点研究了该种加固梁的极限荷载，变形，开裂和碳纤维布粘贴形式对加固效果的影响，试验结果表明，该种加固梁不但承载力提高显著，而且具有很好的延性，消除了原来在梁底粘贴碳纤维加固梁在极限状态时因碳纤维布突然断裂而出现的脆性破坏现象，基于试验研究结果，导出了这种加固梁承载力的实用计算方法，该方法计算精度较好且偏于安全，可直接应用于实际加固工程，特别是当构件底面有管道等障碍物时。     

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。     

现代竹结构技术在人行天桥中的研究与应用

提出了一种以胶合竹板为基本材料的现代竹结构人行桥梁,并通过3根足尺试件的试验,研究了短薄胶合竹板制成长梁的成型工艺和构件的力学性能.试验显示竹梁的破坏是由受压区竹材分层导致对接头错位引起的,FRP增强层对竹梁的强度有所提高.试验结果表明,采用短板拼接、整体胶合成型的大尺寸竹梁刚度和承载力均能满足人行桥建设的要求.根据试验和分析结果,作者们采用预制装配方式建造了一座现代竹结构人行天桥,并在建造中对竹结构人行桥采取了整体防水处理.该桥经过一年多的使用,主体结构正常.     

锚固方法和预应力水平对CFRP板加固钢筋混凝土梁抗弯性能的影响

为了研究端部锚固方法和预应力水平对碳纤维复合材料(CFRP)板加固钢筋混凝土(RC)梁抗弯性能的影响，进行了6根大尺寸T梁抗弯试验，对失效模式、荷载-挠度曲线、特征荷载、CFRP板强度利用率及延性等指标进行分析。结果表明：锚固方法对RC梁的极限荷载有显著影响，但对开裂荷载和屈服荷载基本没有影响；当预应力水平从0提高到0.5,失效模式从混凝土压碎转变为CFRP拉断，开裂荷载和屈服荷载比未加固试件分别提高了75.0%～237.5%和13.6%～50.9%;极限荷载在混凝土压碎模式下随预应力水平的提高而提高，但在CFRP拉断模式下受预应力水平的影响很小；可靠的端部锚固可提高极限荷载下CFRP的利用率，但施加预应力能明显提高整个受力阶段CFRP的利用率。     

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.      

CFRP布加固钢筋混凝土梁抗弯性能的仿真分析

采用试验和有限元软件ANSYS仿真分析相结合的方法,分析CFRP布加固梁的承载能力、变形特性、破坏形式和CFRP布加固混凝土结构的承载机理.研究表明:外贴CFRP布加固不仅可有效地提高RC梁的承载能力和刚度,而且可以大幅度地提高其安全储备,加固梁的承载力随着粘贴的CFRP层数的增加而增长,但加固1层是最经济,效果最好的.     

碳纤维板-混凝土界面黏结性能的试验研究与有限元分析

碳纤维板与混凝土的界面黏结性能是碳纤维加固混凝土结构的关键性能之一,对加固结构的力学行为和破坏形态等有着重要影响.进行了4个试件的碳纤维板-混凝土黏结双面剪切试验,研究了设置不同粘贴长度的试件的界面力学行为和破坏模式,分析了黏结长度对界面极限承载力和应力分布的影响.试验结果表明:加载点附近应力远大于端部应力,板端黏结界面剪应力沿板长方向大致呈指数衰减分布.在试验研究基础上,在ANSYS中采用正交弹簧单元组模拟界面黏结,建立了试件的有限元模型,并采用试验分析得到的局部黏结滑移曲线关系作为有限元模型中的界面弹簧单元刚度,计算发现有限元分析结果和试验结果比较吻合,从而验证了本文有限元模型的有效性.以本文试验得到的黏结滑移曲线关系为基础,通过拟合得到了基于几种经典黏结滑移本构形式的界面本构模型.试验及有限元分析表明:当拉伸应力超过碳纤维板强度的24%时,碳板已开始从混凝土表面剥离.为保证充分利用碳纤维板的强度,应采用可靠锚具对碳纤维板进行锚固.     

碳-芳混杂纤维布加固木梁抗弯性能试验研究

通过碳-芳混杂纤维布加固矩形木梁(杉木和松木)的抗弯性能试验,研究了不同层数的碳-芳混杂纤维布加固矩形木梁的破坏形式、抗弯承载力、荷载-挠度曲线和截面应变分布.试验结果表明:与未加固试件相比,木梁经碳-芳混杂纤维布加固后,其抗弯承载力和刚度有了一定程度的提高,抗弯承载力提高幅度在18.1%～62.0%(松木)和7.7%...     

预应力碳纤维修复含裂纹钢板的应力强度因子分析

海洋平台作为海上油气勘探开发生产的重要装备,随其服役期临近设计使用寿命,平台在多种载荷的作用下已存在多种形式的裂纹缺陷,对其开展修复加固研究以延长服役期是降本增效提质的有效措施。碳纤维复合材料(CFRP)凭借其优异的力学性能,可应用于海洋平台的修复加固技术,从而达到延长服役期的目的。本文建立了CFRP修复含裂纹钢板有限元模型,结合线弹性断裂力学,验证了模型的可靠性,考虑了预应力对修复效果的影响,进行了以裂纹尖端应力和应力强度因子为评价指标的仿真分析研究,并拟合了CFRP上预应力与应力强度因子之间的变化关系。研究表明： CFRP可以减小裂纹尖端的应力和应力强度因子,CFRP对含裂纹钢板有良好的修复效果;并且裂纹尖端的应力强度因子随着CFRP上预应力的增大而减小,预应力的施加可以增强CFRP对含裂纹钢板的修复效果;此外,CFRP上预应力与应力强度因子之间存在线性关系。