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.     

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。     

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.     

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.     

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.     

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。     

含缺陷胶接接头的内聚强度受不同外载作用影响的研究

利用TS-802高强度胶黏剂对高碳不锈钢进行对接胶接接头连接,对不同固化过程试样,分别采用单轴拉伸和四点弯曲实验,测试研究其对接胶接接头的内聚强度;通过隔离体平衡法和中性轴平移法分析了四点弯曲加载方式下界面应力的演化过程,并通过实验验证胶黏剂的层内缺陷对内聚强度的影响。研究表明,室温下固化24h与80℃固化2h相比,后者具有更高的内聚强度;在固化过程中,胶黏剂胶层内部不可避免产生缺陷,缺陷主要集中在中央区域,而在边缘区域为光滑无缺陷区,因此四点弯曲加载方式下界面具有更高的边缘应力内聚强度;隔离体平衡法和中性轴平移法两种理论分析均表明,常规弯曲应力公式与本文中推导得到的应力公式的理论比值为2.5.本文的实验和理论研究有助于更系统和更深入地理解胶黏剂的内聚强度受不同固化方式及不同强度测试手段的影响。     

7075-T6铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布

为了研究铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布,推导了考虑焊接深度的热流密度分布的修正函数.利用生死单元技术,运用ABAQUS软件、FORTRAN和PYTHON语言编写的子程序,建立了7075-T6铝合金薄板激光对接焊的有限元模型,获得了在不同时间点的对接焊温度场和残余应力分布,采用梯度网络提高了有限元模型的运算速度和计算精度.研究结果表明:建立的有限元模型能够快速、有效模拟铝合金薄板激光对接焊温度场和残余应力分布;残余应力存在误差的原因,可能在于激光焊接过程中,热源经过横截面时产生的剪切挠曲所致.试验结果同时也验证了有限元模型的正确性和可行性.     

环缝多层焊接头残余应力场的调整

用数值模拟结合实验方法研究了１８－８不锈钢管多层对接焊时的应力分布规律，并指出在合适的焊接条件下，当冷却水的流量达到３３Ｌ／ｍｉｎ时，在钢管内壁获得双向压缩残余应力，将明显地提高１８－８不锈钢管对接接头抗应力腐蚀破裂能力。     

用铝合金中间层连接Si_3N_4和低碳钢

利用Thermorestor-W焊接热模拟试验机,采用适当的焊接参数和工艺,能够用铝合金中间层固相扩散连接Si_3N_4和低碳钢。在连接温度下,铝合金Si_3N_4进入孔洞中形成机械连接,而铝合金与Si_3N_4连接的主要机理是铝与Si_3N_4发生固相反应生成AlN。当温度大于530℃时,铝合金/Si_3N_4界面Al,Si扩散层厚度基本上不随温度升高而变化。Si_3N_4/铝合金/低碳钢接头的剪切强度取决于铝合金/钢界面强度,且随扩散连接温度上升而增加。     

叠梁纯弯曲正应力的理论与实验分析

依据平截面假设,得出不考虑滑移的叠梁纯弯曲时的正应力公式。用AB胶将1根铝质梁和1根钢质梁组成叠梁,进行纯弯曲正应力电测实验。实验表明,叠梁只要上下梁之间粘接牢固,在弯曲变形过程中无相对错动,叠梁可视为整梁,则叠梁在纯弯曲时满足平面假设条件,按整梁计算正应力是可行的。     

应力作用下2124合金蠕变时效的组织与性能

通过硬度测试、拉伸测试和透射电镜分析等方法,研究应力分别为0 MPa和200 MPa对Al-Cu-Mg系2124合金185℃时效后的硬度、强度以及伸长率的影响,阐述应力对2124合金时效后组织与力学性能的影响.研究结果表明:在常规时效和蠕变时效2种时效状态下,200 MPa应力作用下的蠕变时效使2124合金的S'析出相分布变得不均匀,合金的强度提高,而塑性降低;在0 MPa应力作用下,合金峰时效状态下的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为411.6 MPa,270.8 MPa,20.20％;在200 MPa应力作用下,合金峰值时效状态下的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为441.1 MPa,321.0 MPa和16.24％,后者的抗拉强度和屈服强度比前的高,但塑性低.     

中-低温循环对2A14铝合金力学及疲劳性能的影响

国内对航天用2A14铝合金在中-低温循环条件下力学及疲劳性能的变化规律研究不足,为掌握该材料在上述工况下的力学表现及疲劳损伤情况,对2A14铝合金开展了室温—低温（-196 ℃×4 h）—室温,室温—中温（150 ℃/180 ℃×0.5 h）—室温两种工况循环条件下的力学、疲劳性能及组织变化规律研究。结果表明,在上述两种工况下循环5次,2A14铝合金的晶粒尺寸、粗大相形貌及分布均无显著变化,仍保持高强度及良好的塑韧性;随着应力幅值的降低,2A14铝合金的疲劳寿命逐渐延长;应力比为-1时,2A14铝合金的疲劳极限为150～175 MPa,上述两种工况下循环5次,不会改变2A14铝合金的韧性断裂机制。     

轴瓦合金层应力的有限元分析

建立了合金屋、钢背和轴承座的三层圆筒模型,利用ANSYS软件对轴瓦应力,尤其是合金层应力进行了计算,计算过程中考虑应力沿合金厚度方向的变化,结果显示,轴瓦周向应力分布取决于油膜压力的梯度,最大拉应力位于压力梯度最大处,而周向压应力的峰值则位于压力梯度方向改变处,径向应力的分布与滑膜压力的分布相同,压应力存在于油膜压力区域,径向应力与周向应力的最大值位于轴瓦合金层内表面,剪应力存在于压力峰值周围,并有一个转向过程,且剪应力的峰值位于轴瓦中截面合金层与钢背的结合处,理论计算证实,轴瓦合金层愈薄,疲劳强度愈高。     

铝合金宏观断裂准则

为研究铝合金抗断设防，借鉴金属静水应力型屈服概念，给出了铝合金广义屈服椭球面的新诠释．基于三向等拉伸应力状态下铝合金屈服和断裂的重合性假设，导出了铝合金在三轴应力空间的椭球面断裂准则及参数量化方法，并给出了铝合金抗断设防图及广义屈服椭球面的物理解释．该断裂准则使铝合金在三轴应力空间的屈服和断裂两种破坏模式得到了统一，具有物理概念清晰、形式简单、便于工程应用的特点．铝合金开孔板断裂试验的数值模拟结果显示，该断裂准则具有较高的精度．     

强激光驱动微颗粒高速冲击下铝合金材料的动态力学行为

微颗粒冲击条件下铝合金材料的动态力学行为研究，对保障铝合金部件在极端环境下结构设计和安全防护性能至关重要. 针对2024铝合金材料，采用强激光驱动微颗粒高速冲击实验和数值模拟，研究其微弹道冲击行为. 首先通过强激光驱动微颗粒冲击实验，获得了常温条件下冲击过程中微颗粒的能量损失与铝合金板材冲击的局部变形行为，并对有限元模型进行了验证；基于相场动力学模拟，获得了接近熔点温度的固液共存铝合金的微结构特征，并建立了流固耦合计算模型，给出了不同温度下铝合金材料的冲击能量耗散特性、应力分布规律与变形失效行为. 数值模拟结果表明，动态加载下固液共存态铝合金中的流固耦合效应对铝合金的宏观动态力学行为有重要影响；固液共存铝合金材料的吸能效率更低，且由于固相枝晶的相互作用，使应力的传递路径发生明显变化.      

面-面接触铝合金紧固件微动疲劳寿命预测方法研究

针对具有面-面接触特征的铝合金紧固件,根据其接触特点,建立有限元模型计算了其应力场分布。考虑接触面高轴应力梯度的力学响应,用接触面应力三维度的概念来反映微动疲劳多轴应力状态。考虑损伤和弹塑性势能的耦合,从热力学第二定律出发,基于损伤力学本构方程,推导出基于热力学耗散势函数的耦合损伤演化模型。结合实验参数,得到预测铝合金紧固件微动疲劳寿命的方法。寿命预测结果与实验值进行对比,误差分散在25%范围内。     

LD10锻造铝合金内部残余应力分析

采用仿真和实验相结合的方式,首先利用动力显示有限元分析软件建立了自由锻造圆饼过程的模型,仿真出锻造过程中的变形和应力分布情况,得到锻造铝合金内部残余应力的分布及变化规律,再利用切除法对选自锻饼不同部位的LD10锻造铝合金进行了残余应力测量。比较了LD10内部残余应力的分布特点,并从金属屈服和塑性流动的角度出发对这种残余应力的构成进行了分析。结果表明：LD10铝合金的残余应力分布特点随选料位置不同而有较大不同,在锻饼心部选取的试件表层受残余拉应力,心部受残余压应力,在锻饼边缘选取的试件表层受残余压应力,心部受残余拉应力。