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.     

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.     

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.     

胶接接头的耐久性及其无损评价

分析了影响胶接接头耐久性的几个重要因素,并指出水对接头的弱化是影响其耐久性的最主要因素.同时,通过对几种超声法及振动法检测胶接接头耐久性的研究结果的对比看出,对于胶接接头耐久性的可靠评价必须建立在进一步研究退化机理及精确模型和探索对接头退化敏感的超声方法基础上.     

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。     

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     

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,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。以胶黏剂材料和铆钉材料为研究变量,讨论了单搭接胶接接头和铆接接头的拉伸力学行为,并从中分别选择了两种胶黏剂和铆钉材料进行组合,重点研究了胶铆接头的交互作用,同时也探讨了铆接方向对接头的影响。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,且胶黏剂先断裂失效。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。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。该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。     

剥离过程中胶层内实际应力分布的研究

指出了现有的金属胶接接头剥离力学模型的局限性和不足。用应变片电测法实测了剥离过程中刚性金属被粘物沿试样长度方向上的应变，结果表明胶层中受到了分布较宽的拉伸应力的作用，根据实验结果提出了金属胶接接头在剥离中胶层内应力分布的修正模型。     

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.     

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.     

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%.      

钢套加固墩接木柱的试验研究

针对墩接高度不足,提出一种钢套墩接加固技术,并对以墩接长度、帮头长度和胶为设计参数的15根试验柱进行轴心受压试验。分别测定各构件的材性,并系统分析试验柱的破坏模式、抗弯刚度、抗压刚度、极限承载力及接头应变分布状态。研究结果表明:与参考柱类似,墩接柱主要破坏状态为类似于极值点失稳的破坏;钢套墩接未加胶柱和钢套墩接加胶柱的极限承载力可分别达到参考柱的86%和101%;墩接柱抗弯刚度和轴向抗压刚度可基本恢复至参考柱水平;注胶可增加接头纵向压应变的均匀性,相较于未注胶墩接柱,其承载力可增加24.1%;钢套墩接加胶柱可不受墩接高度的限制。     

环境中水分对单搭接接头强度和应力的影响

研究了环境中的湿度对胶接接头强度的影响.当胶粘剂处于恒湿环境中,胶粘剂吸收环境中的水分,胶粘剂在固化时,其中吸收的水分汽化,在胶粘剂内部形成孔洞,从而导致实际搭接面积的下降并引起应力集中,使得胶接接头抗载能力的下降.随着接头孔洞的增加 ,接头的名义剪切强度下降,但实际的剪切强度反而上升.     

结构胶接接头湿热环境耐久性研究概述

相比于传统机械连接,如铆接、焊接和螺栓连接,结构胶接技术有着诸多优势,近年来在很多工业领域得到了广泛应用。由于胶黏剂本身具有高分子聚合物材料的特性,使得胶接接头的环境耐久性成为关乎工程结构连接可行性和长期服役可靠性的关键问题。在概述结构胶接接头湿热环境耐久性研究工作的基础上,分别从影响胶接结构性能的环境湿度、温度及其耦合作用等角度展开讨论,介绍了国内外研究人员取得的研究进展和成果。指出了今后的研究方向:结合多种观测尺度下的环境老化试验和数值仿真方法,探究胶层吸湿、蠕变、热膨胀和吸湿膨胀等环境老化行为,利用模型预测方法模拟其在多场耦合工况下的多种力学性能退化行为,从而为胶接结构的工程设计和应用提供更加可靠的理论建模和试验数据支持。     

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。     

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,以碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced plastics, 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黏剂的增强作用。结果表明：胶黏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。     

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。     

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.     

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。     

皮带胶接头工艺浅探

皮带是皮带式输送机的主要部件之一，具有承载物料和传动两项功能。作为一个传动装置，皮带必须要被胶接成一个环形才能实现这一功能，因此，每条皮带肯定有一个或多个胶接头，而胶接头质量的好坏，直接影响到皮带机运行安全。