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。     

铆压重塑形工艺的铆钉优化与试验研究

为解决传统机械变形压力连接存在较高凸起的问题并增加连接强度,提出了一种采用特制铆钉的铆压重塑形工艺。该工艺在无铆连接工艺后将铆钉置于连接点的凹坑内,然后压缩凸起处使凸起高度降低。采用DEFORM-2D软件对铆压重塑形工艺进行有限元分析,得到了连接点的最大拉伸强度;采用正交试验方法对铆钉尺寸进行了设计优化,得到了能实现最大拉伸强度的铆钉尺寸。在铆压重塑形试验中,连接点的凸起高度从1.6 mm降低到了1.1 mm;平均拉伸强度从950.6N提高到1 130.7N,即重塑形后的拉伸强度比重塑形前提高了18.9%;平均剪切强度从1 168.6N提高到2 636.1N,即重塑形后的剪切强度比重塑形前提高了125.6%。由此证明,铆压重塑形工艺可有效降低凸起高度,并且能提高连接点的强度。     

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.      

7050铝合金激光冲击强化的试验和数值模拟

依据激光冲击强化7050铝合金的试验,建立激光冲击强化的有限元模型,实现激光冲击强化的数值模拟,残余应力场的数值模拟结果与试验结果取得较好的一致.在不考虑各冲击参数之间交互作用的前提下,模拟研究冲击参数对残余应力场的影响.模拟结果表明:在激光功率密度小于一定阀值条件下,表面残余压应力最大值随激光功率密度增加而增加,超过阀值之后,表面残余压应力最大值减小;表面残余应力最大值和残余压应力层深度随着脉宽的增加而增加;通过增加光斑半径对残余压应力场的改善主要体现在对深度方向残余应力场的改善;多次连续冲击强化对残余应力场的改善效果比较明显.     

复合材料加筋板剪切屈曲与后屈曲承载特性

采用试验、工程算法及有限元方法研究了复合材料加筋板剪切性能。首先进行了剪切试验,试验结果表明：加筋板失效模式为筋条脱粘、蒙皮局部破损,加筋板的破坏载荷是屈曲载荷的1.14倍。然后,对工程算法进行修正,提出了一种计算屈曲载荷的快速分析方法;工程算法得到的屈曲载荷相对误差为3.53%。最后,建立了有限元模型,模型考虑了试验件与夹具的连接;通过有限元方法得到的屈曲载荷、屈曲模态及破坏模式与试验结果一致;与试验相比,屈曲载荷、破坏载荷的相对误差分别为2.21%、14.4%。     

高速列车底板铆钉结构的分区应力解算与气动疲劳评估

高速列车运行产生强交变气动载荷,会导致列车铆钉、螺栓等连接结构件疲劳失效,该文针对高速列车底板铆钉结构的气动疲劳问题,提出底板/铆钉/骨架梁耦合分区气动加载的应力有限元解算模型;采用双向同步导压的差压测量方法,获得了武汉-广州交路的底板结构气动载荷谱,采用雨流计数与累积损伤准则对铆钉结构进行疲劳损伤评估.结果显示,当高...     

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。     

K型管节点焊接残余应力及其对应力集中系数的影响

采用有限元软件ANSYS,以K型管节点为研究对象,利用生死单元技术,模拟焊接过程和退火处理过程,研究管节点的焊接残余应力,得到焊接温度场和应力场的分布。分别对考虑焊接残余应力与不考虑焊接残余应力而只考虑焊缝对结构影响的管节点模型施加轴向载荷,计算这两种模型的热点应力集中系数,得到焊接残余应力对管节点应力集中系数的影响。结果表明:对焊接管节点进行退火处理可以显著降低焊接残余应力,降低发生变形和断裂失效的风险,大幅度提高管节点的安全性能;管节点结构中热点位置及热点应力集中系数与尺寸参数、载荷类型、加载方式、焊缝结构等有关。     

激光冲击TC4残余应力场的试验及有限元分析

为提高钛合金的疲劳强度,采用Nd:Glass强脉冲激光对TC4钛合金表面进行冲击强化处理,采用X射线应力仪对冲击区的残余应力场进行测试,并采用ABAQUS有限元仿真软件对其残余应力场进行分析计算.结果表明,激光冲击使材料表面残留较大幅度的残余压应力,当激光功率密度为3 GW.cm-2时,表面残余压应力值高达400 MPa,残余压应力层的深度约为0.6 mm.有限元分析结果与试验测试值有较好的一致性.不同激光功率密度下残余应力场的有限元分析结果表明,激光功率密度大于1.6 GW.cm-2,冲击区将产生残余压应力,随着功率密度的增加,残余压应力增加并趋于饱和,分析结果可为激光冲击工艺参数的优化提供理论依据.     

复合材料夹层板层间剪切强度的试验研究

本文对蜂窝和泡沫夹芯的纤维增强复合材料夹层板进行剪切载荷下的强度试验,分析试验载荷—位移曲线及失效模式,并进行有限元分析,计算的破坏载荷和失效模式也与试验结果较吻合,为工程设计与应用提供了试验和分析依据。     

环槽铆接技术研究

对环槽铆接中的铆接力进行了理论推导 ,给出了计算公式 .对铆钉直径为 2 0mm时的铆接力进行理论值和实测值的比较 ,为铆接枪的设计提供理论依据 .     

Study on the EM Scattering of Rivets on the Plate

The electromagnetic (EM) scattering by rivets on the conducting plate is studied for the first time by using electric field integral equation (EFIE) in conjunction with the moment method. The surfaces of the rivets and the plate are partitioned into triangular cells, the current distribution on the patches is represented by sub-domain type basis function, the EFIE is translated into matrix equation by the Galerkin method, then the current coefficient is obtained. The results show the properties of radar cross section (RCS) varying with the incident angle when there are rivets on the plate.     

压铆连接成形原理在模具设计中的应用

阐明压铆连接成形原理及其工艺过程,并以洗衣机铝箱体压铆模具设计为例,详细阐述了压铆连接成形原理在模具设计中的应用,解决了点焊技术无法焊接的材料之间相互连接问题.     

加载速率对动车组Huck铆钉剪切性能影响的研究

针对动车组速度不断提高而造成的Huck铆钉在运行中频繁断裂的问题,应用万能材料力学试验机对Huck铆钉铆接件在不同的加载速率下进行铆钉剪切试验,研究加载速率对其剪切力学性能的影响。通过对比3组不同加载速率下的Huck铆钉的剪切试验数据以及铆接件载荷 位移曲线,得出随着加载速率的增加,Huck铆钉的弹性起点平均载荷值、塑性起点平均载荷值以及弹性区间均减小而刚度有所增加等规律。试验结果表明,当采用的Cr12MoV冷作模具钢洛氏硬度值HRC范围在40~50之间时,铆钉孔几乎不变形且铆接试件在动态载荷下不易断裂。本文获取的相关结论对Huck铆钉在动车组上的设计与改进将起到重要的参考作用。     

三维摩擦接触分析及其在车架有限元分析中的应用

推导了三维应力状态下的接触算法、利用该算法对载重车的铆接车架进行了有限元分析和计算，该算法得出的计算结果相对于以往传统的有限元分析方法所得出的计算结果更为接近实际情况，为铆接车架的设计提供了一种新的计算方法．     

航空单面抽钉研究

本文研究了单面抽钉组件的结构，分析了单面抽钉的工件原理，各组件结构及材料特性对单面抽钉变形的影响，提出了消除实际铆接过程中出现的问题的方法。     

基于VC的自动钻铆机铆接数据库系统的开发

采用VC6.0与Access2003数据库相结合的方案,按照面向对象编程的思想,成功地建立了自动钻铆机铆接数据库。实现了铆接过程加工参数的调整优化,理想加工参数的自动存取,详尽报表的输出等功能。提高了数据处理的效率和可靠性,对面向小型数据处理系统的开发具有一定的参考价值。     

自动钻铆机铆钉排列系统设计

本文是针对飞机装配自动钻铆机而设计的一套铆钉排列系统。系统的工作原理是在运动过程中,物体自身始终具有使其势能最小化的运动趋势。在传送过程中,当钉头在上时铆钉处于一个不稳定的能量状态,在扰动的作用下发生转动,使钉头朝下,从而使所有的铆钉处于相同的排列方向,再通过分离装置分选铆钉使其完全规则地排列在转送带上完成排列。     

自动钻铆机铆钉制列系统设计

本文是针对飞机装配自动钻铆机而设计的一套铆钉排列系统。系统的工作原理是在运动过程中，物体自身始终具有使其势能最小化的运动趋势。在传送过程中，当钉头在上时铆钉处于一个不稳定的能量状态，在扰动的作用下发生转动，使钉头朝下，从而使所有的铆钉处于相同的排列方向，再通过分离装置分选铆钉使其完全规则地排列在转送带上完成排列。     

13Ni5A钢铆钉激光熔覆镍基合金涂层的研究

研究了１３Ｎｉ５Ａ钢铆钉头部Ｎｉ－Ｃｒ－Ｂ－Ｓｉ合金激光熔覆层的组织、成分、显微硬度和在酸性介质中的抗腐蚀能力，并进行了实地考验．结果表明，采用激光功率密度为１．３×１０４Ｗ／ｃｍ２、扫描速度为５ｍｍ／ｓ的辐照工艺，获得了与基体呈冶金结合的无裂纹的熔覆涂层，其组织由Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ固溶体、Ｎｉ３Ｓｉ、Ｃｒ５Ｂ５及ＷＣ等相组成，显微硬度高出基体两倍多，并在酸性介质中具有优异的抗蚀性能．激光熔覆处理的铆钉经３７００ｈ实际生产考验后．明显优于未经．处理的铆钉．