无人机机翼用复合材料的胶接与性能研究

为了提升无人机机翼用碳纤维/铝复合材料的胶接强度,采用4因素5水平的正交试验法对超声振动胶接工艺参数进行了优化,并与传统未施加超声振动的胶接接头进行了对比。结果表明,超声振动胶接工艺中对胶接强度影响最大的是振动时间,其次为振动幅值,振动位置的影响最小;正交试验结果表明,碳纤维/铝胶接接头的最佳工艺参数为A3B5C3D5,即振动时间23 s、振动压力0.40 MPa、振动位置30 mm和振动幅值56μm,此时碳纤维/铝胶接接头胶接强度最大。相较于未施加超声振动的胶接接头,正交优化工艺下胶接接头的最大拉伸荷载平均值提高42.13%,胶接强度平均值提高41.59%。     

复合板料摆碾铆接、胶接和混合连接性能研究

使用摆碾铆接、胶接和摆碾-胶接混合连接技术对玻璃纤维增强树脂基复合材料进行连接,通过拉伸试验检测该连接方式下的静强度。比较了不同连接方式的连接效果,分析了胶接时间、有无垫圈、多铆钉对连接强度的影响。实验表明摆碾-胶接混合连接能够有效提高连接件强度;垫圈对抗拉伸性能影响最大,加垫圈试件承载能力可显著提升29.46%;在一定时间范围内,胶接时间的延长可以大幅度提高连接件的静强度;然而与拉伸方向一致的双铆钉使用不能提升板料拉伸性能。     

三维编织复合材料胶接接头力学性能试验研究

为了比较三维编织复合材料阶梯型和嵌套式搭接接头的胶接修复效果,对搭接长度相同的两种接头进行了拉伸和弯曲力学性能研究。通过实验得到两种接头及完好试件的载荷-位移曲线,对比了修补后的试件强度与完好试件的强度,得到了接头试件的修复效率,并分析和总结了拉伸与弯曲试验试件的损伤过程及损伤形貌。实验结果显示:阶梯型胶接接头拉伸载荷作用下的修复率为37.75%,弯曲载荷作用下的修复率为66.25%;嵌套式胶接接头拉伸载荷作用下的修复率为18.97%,弯曲载荷作用下的修复率为21.44%。对比试验结果得出阶梯型胶接接头力学性能较好。     

受集中载荷作用的金属胶接接头应力分布研究

分析了金属胶接接头受集中载荷作用下应力分布的一般模型，指出了其局限性和不足。借助于金属试样表层的显微硬度测定及应变片电测法间接确定了胶接接头承受不同的载荷作用时接头上的实际应力分布，结果表明胶层中存在着较宽的分布拉伸应力。作者根据实验结果提出了金属胶接接头在集中载荷作用下肢层内应力分布的修正模型。     

碳纤维复合管-铝合金胶接接头拉伸性能研究

以直径为80 mm,壁厚为1 mm的碳纤维复合管-Al合金胶接接头为研究对象,通过整体拉伸试验比较了不同胶接长度、胶层厚度、外加紧固件对接头破坏载荷的影响。结果表明:胶接面的破坏载荷随着胶接长度的增大先增大后减小,随着胶层厚度的增大而降低。随着胶接长度和厚度的增加,胶接面由复合材料分层破坏和部分胶层的剪切破坏转向胶接界面剥离破坏。在胶接面上施加紧固件能够抵消部分附加弯矩引起的剥离应力,从而提高接头的破坏载荷。胶接长度为100 mm,胶层厚度为0.01 mm～0.02 mm,施加三条非均布紧固件的胶接面能够承受最大为255 kN的破坏载荷。     

拉伸疲劳试验中长桁的胶接

铝合金型材长桁的拉伸疲劳试验是某飞机定寿工作中的一项科研课题。铝合金型材的形状为外翻边等腰梯形(带外翻边的两腰和上底),再和盖板(下底)组合形成了封闭式的长桁件。长桁与拉伸机是通过过渡件接头连接起来的,接头的形状为等腰梯形轴状件,有铝材,也有钢材。长桁与接头之间的连接,为了使长桁在拉伸试验中载荷均匀而不发生应力集中现象,采用了套接形式。在长桁拉伸疲劳试验被破坏之前,为确保长桁与接头之间保持良好的胶接效果,除了在结构上保证了足够的胶接面积外,还精选了国产剪切强度较高的自力-4胶膜胶粘剂。     

胶接接头受劈裂载荷作用应力分布研究

对金属胶接接头劈裂试样承载后的应力分布情况进行了实测分析，结果表明胶层沿胶接面试样长度方向上受到分布较宽的拉伸力的作用，印证了作者所提出的胶接接头受劈裂载荷作用力学模型是符合实际的。     

喷涂型汽车油箱点焊密封胶的研制

从油箱喷塑固化工艺条件出发,以环氧树脂(EP)和小分子聚酰胺为主要原料,制备了两种不同配方的汽车油箱用点焊密封胶。测试了点焊胶在90#汽油和0#柴油中的耐油性和粘接强度,并对三种不同连接接头(胶接、点焊、胶焊)的粘接强度进行了对比和分析。结果表明:点焊胶的固化工艺与汽车镀锌板类油箱表面漆层的固化工艺相同,故不必增加点焊胶的固化设备和工序;两种点焊胶具有较好的粘接性能,其T型剥离强度分别为89.0kN/m和92.0kN/m,拉伸剪切强度分别为13.3MPa和12.9MPa;两种点焊胶在90#汽油和0#柴油中浸泡360d后,试样的粘接强度降幅不明显,说明其具有一定程度的耐油性;将两种点焊胶用于汽车油箱的密封中,既具有良好的粘接密封性能,又解决了镀锌板类油箱渗漏油等问题。     

胶层Ⅰ/Ⅱ型断裂破坏内聚单元参数的确定和应用

建立了铝合金板单搭接胶接接头的三维弹性有限元模型,通过与G-R解析模型的胶层剪应力和剥离应力分布对比分析,验证了有限元模型的有效性。经有限元仿真拟合铝合金板单搭接胶接接头静拉伸试验的载荷-位移曲线,获得了胶层Ⅰ/Ⅱ型混合失效模式下内聚力单元的断裂参数值和胶层渐进破坏的过程,将胶层内聚力单元断裂参数值应用于含双裂纹复合材料胶接修补结构中,预测了修补结构的静拉伸强度。结果表明,有限元模型预测的剩余强度与实验值的相对误差为3.8%,因此运用内聚力单元仿真胶层的方法是有效的,并为复合材料胶接修补结构的承载能力分析提供了有力的依据。     

复合材料/金属胶接结构研究进展及发展趋势

胶接连接应用日渐广泛,特别是在汽车和航空航天等结构领域。首先分析了复合材料/金属胶接连接方式的特点,重点介绍了接头中的次弯曲效应、异质材料间刚度与热膨胀系数的不匹配特性以及载荷传递特性。然后总结了提高胶接接头强度的研究进展,主要包括增大胶接长度和宽度、选择胶黏剂、表面处理、增加胶瘤和被粘合物形状的设计等方面。最后对胶接接头的发展趋势进行了展望。     

热-力载荷下复合材料/金属双面胶接接头界面力学模型

在温度和静拉伸载荷共同作用下,考虑胶层的材料非线性,建立了复合材料/金属双面胶接接头界面的力学分析模型,推导出弹性响应和塑性响应下胶层剪应力的分段表达式,使用胶层最大剪应变失效准则计算出胶层主导破坏的结构极限载荷,并与有限元数值结果进行对比和验证。分析表明,双面胶接接头应力分析理论模型与相关简化假设正确、合理。在此基础上,研究了复合材料/金属双面胶接接头在热-力载荷下的胶层剪应力分布特点、破坏模式和失效机理,为胶接结构的承载能力分析及结构改进设计提供理论依据。     

胶厚对钛合金-复合材料接头胶接性能的影响

采用钛合金与芳纶纤维复合材料制备了不同胶层厚度的单搭接接头。利用DIC与万能试验机对接头进行了拉伸-剪切性能测试,研究了不同胶层厚度异质材料的接头胶接性能、应变场与破坏模式的变化规律,分析了在拉伸载荷下,不同胶层厚度接头的失效特点。结果表明,当胶层厚度由0. 2 mm增加至1. 2 mm时,接头极限载荷由6. 13k N降低至5. 89 k N,损伤后剩余强度降低,薄胶层接头出现渐进失效;复合材料端头高剥离与拉伸应变区域面积增加,厚胶层与被胶接件一同变形,导致接头提前失效;钛合金-胶层界面破坏模式增多,芳纶纤维复合材料层间破坏模式减少;接头在发生复合材料层间破坏后,仍能够保持较高的剩余强度,当钛合金-胶层界面遭到破坏后,易整体失效。     

结构胶胶接接头耐久性的研究进展

结构胶是胶黏剂中具有高强度、耐高温、高耐久特性的一类胶黏剂的总称,主要用于部件中承受载荷的胶接连接。胶接接头的耐久性能是结构胶应用中的一个重要指标。主要从影响胶接接头耐久性的内在因素和外在因素以及实验室研究方法对结构胶胶接接头耐久性的研究进展进行综述。     

钛合金‑芳纶纤维复合材料单搭接胶接接头渐进破坏分析

采用芳纶纤维复合材料与钛合金制备单搭接胶接连接实验件。利用万能实验机、DIC、应变采集系统等手段，对胶接接头的极限载荷、应变场、应变分布和破坏模式进行表征，分析了拉伸载荷下胶接接头的应变分布规律和复合材料层合板刚度折减规律，探究了异质材料单搭接胶接接头的破坏过程。结果表明，胶接接头破坏模式为搭接接头两端胶层界面破坏，中间部位复合材料层间破坏。接头破坏过程为渐进破坏，受载时复合材料端头产生较大的剪切应变，裂纹在此处萌生，并不断向钛合金端头扩展，扩展部位复合材料层合板刚度不断折减，直到搭接面积过小胶层突然发生界面破坏。     

CFRP与铝板胶螺混合连接结构拉伸性能研究

基于三维渐进损伤理论,建立了复合材料层合板-铝板双搭接胶接连接、螺栓连接、胶螺混合连接结构拉伸强度预测模型,数值仿真结果与试验高度吻合,验证了所建模型的可行性。在此基础上,探究了搭接宽度、搭接长度、胶层厚度、接触面摩擦系数和螺栓个数等参数对胶螺混合连接结构拉伸性能的影响。结果表明:随着搭接宽度和搭接长度的增加,接头失效载荷先逐渐增加后趋于稳定,最优搭接宽度和搭接长度为30 mm和35 mm;胶层厚度对混合连接结构的拉伸失效载荷基本没有影响;胶螺混合连接结构中螺栓接头和层合板之间、螺栓与孔之间的摩擦系数越大,连接结构的拉伸失效载荷越大;在搭接区域相同的情况下,双钉混合连接结构的拉伸失效载荷比单钉的拉伸失效载荷提高了69%。     

不同胶厚对硬聚氯乙烯板搭接强度的影响

为验证不同胶层厚度对硬质聚氯乙烯(PVC)板材单搭接接头强度的影响,对不同胶层厚度的单搭接板材件进行拉伸-剪切载荷试验,确认胶层厚度会影响搭接接头的粘接效果,且胶层厚度由0.2 mm增加到2 mm时,搭接件能承受的最大应力由3.59 MPa减小至2.51 MPa;通过有限元仿真得出,当胶层的厚度由0.2 mm增加到2 mm时,搭接件能承受的最大应力由3.32 MPa减小到2.59 MPa;实验与仿真均得出了随着胶层厚度增加,搭接强度变弱的结果。对不同胶层厚度的搭接板材进行仿真,得出最大应力均出现在胶层的边缘位置,因此胶层边缘位置容易先发生破坏;与无胶瘤时相比,胶瘤的存在能减少胶层边缘处的应力集中现象。与无胶瘤的搭接板材件相比,胶瘤存在时的搭接板材件强度提升了20%,胶瘤的存在显著增加了搭接的强度性能。仿真结果与实验结果相比较,误差在10%内,仿真模型有较好的准确度。     

温度变化对复合材料双面搭接接头拉伸强度的影响分析

介绍了复合材料三种连接方式之一——胶接。对双面搭接接头进行了有限元建模,在不同的高温环境下进行拉伸试验,运用相关的失效准则,分析判断复合材料胶接接头的破坏形式,确定温度对破坏形式的影响。通过试验,验证了分析的正确性,对复合材料胶接接头的强度校核及设计改进有重要的指导作用。     

碳纤维复合材料铆胶连接强度研究

采用有限元分析比较了碳纤维复合材料层合板之间铆胶连接的主要承力方式，并对铆胶连接方式做了静力拉伸试验、盐雾试验与疲劳试验，结果表明：金属-层合板铆胶连接的拉剪强度总是高于层合板-层合板铆胶连接拉剪强度；金属-层合板铆胶连接的拉剪强度高于层合板-层合板的拉剪强度12.6%；盐雾试验结果与静力拉伸试验结果倾向性一致，整体来说层合板-层合板铆胶连接受盐雾条件影响较小；疲劳试验结果证明铆胶连接不易发生疲劳损坏。     

胶层厚度对双搭接胶连接接头承载力的影响分析

基于Hart-Smith对双搭接胶连接接头承载力计算公式的推导,分析了胶层最大剪应变(剪应力)和接头所承受荷载的对应计算关系;结合理论推导和试验详细分析了胶层厚度对此类接头承载力的影响,提出可以用"剥离临界值"判断剥离应力是否会导致接头破坏;以胶层最大剪应变(剪应力)与接头所承受荷载的对应计算关系为基础,结合"剥离临界值"完善了双搭接胶连接接头的承载力计算公式。     

环氧结构胶固化工艺对胶接接头性能的影响

以XH-11环氧结构胶为研究对象,采用正交试验法进行多因素试验设计,研究了固化温度、固化时间、晾置时间、表面粗糙度等因素对金属胶接接头拉伸剪切强度和冲击强度的影响,得出了最佳固化条件,并通过数据统计分析得到影响因素为自变量的力学性能回归方程,为胶接接头的强度预测提供参考.