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。     

碳纤维复合材料连接方式

为了解碳纤维材料不同连接方式对连接强度的影响,进行了碳纤维复合材料胶接和螺栓连接的拉伸试验.结果表明:采用胶接方式时碳纤维复合材料的拉断力随胶粘面积的增大而增大;单螺栓连接材料的拉伸破坏载荷均值为5.22kN,螺栓孔拉伸强度均值为481.83 MPa;双螺栓连接材料的拉伸破坏载荷均值为10.82kN,螺栓孔拉伸强度均值为538.8 MPa.     

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.     

基于渐进损伤模型的双搭接对接接头弯曲性能

为研究复合材料双搭接连接的搭接长度和搭接厚度对于对接接头弯曲强度的影响,使用ABAQUS进行了渐进损伤分析。该分析理论基于三维渐进损伤分析方法和粘聚区模型,并通过用户子程序编写的复合材料本构和Cohesive Contact来模拟复材损伤和胶接界面损伤。通过渐进损伤分析,得到不同搭接参数下接头的损伤过程和弯曲强度。结果表明:随着搭接长度的增加,接头强度先增大后趋于稳定,而随着搭接厚度的增加,接头强度先增大后减小。该文研究成果可为复合材料连接的承弯设计提供参考。     

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.     

碳纤维复合材料/钢的胶铆连接失效机理和选材方法

为了揭示碳纤维复合材料(CFRP)与钢板连接设计中，母材厚度和强度对接头失效的影响规律，对CFRP层合板与DC05、HC260Y、DP590、DP780、DP1180、PHS1500钢板组成的胶接、铆接和胶铆混合接头进行单向和正向拉伸试验，分析各接头连接强度和失效模式，提出CFRP/钢接头母材厚度比和强度比的推荐范围.结果表明：CFRP/钢接头失效模式由较弱一侧母材强度和刚度决定，在连接设计中，应尽可能使两母材的强度和刚度相近；CFRP零件与相邻钢件厚度比的推荐范围为1.37～1.91,母材极限承载比的推荐范围为0.9～1.52.     

增强混凝土界面粘结强度的方法

为了改善混凝土界面过渡区的结构或界面粘结强度,提高混凝土强度及其他性质,利用振动搅拌或二次投料搅拌工艺的方法增强混凝土的界面强度.通过对振动搅拌和二次投料搅拌工艺的机理分析,设计了试验装置和工艺方案,并进行了试验研究.结果表明:采用振动搅拌可强化搅拌过程,明显地提高混凝土强度和搅拌效率;采用二次投料搅拌工艺制备的混凝土界面过渡区的粘结强度得到了明显的改善.     

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.     

焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊接头性能的影响

超声波焊接可以高效地实现长碳纤维复合材料的连接.超声波焊接常用的有3种焊接模式:时间模式、位移模式和能量模式,其控制机理不同.本文采用适应生产需求的小焊头,研究了3种常用焊接模式对长碳纤维复合材料超声波焊的接头性能的影响,为生产过程中的焊接模式选择提供依据,且材料表面不预设能量引导体(导能筋)以提高生产效率.本文探寻了每种焊接模式下的最优焊接参数,并将各模式下的最优参数结果进行了对比,通过监测焊接过程中的功率-位移曲线对焊接过程及机理进行了分析,采用拉伸实验和显微组织观察对分析结果进行了验证.结果表明,熔核面积是影响拉伸强度的主要因素,焊接过程的完整性对拉伸强度也有所影响,焊接缺陷普遍存在于3种焊接模式中,对焊接质量影响不大.不同的焊接模式下获得的最佳接头性能有较大差异,位移模式下得到的熔核面积最大,接头的最大承载力可达1 795.6 N;时间模式下焊点熔化后未经充分流动即冷却凝固,接头力学性能较差;能量模式下焊接时间短,熔核面积仅为位移模式下的40.5%,承载力也较差.位移模式是最适合长碳纤维复合材料超声波焊的焊接模式.