考虑弯曲效应的混元胶接单搭接头应力模型

混元胶接接头是利用多种不同剪切弹性模量的胶层来传递被粘物载荷的单搭接头。它兼具胶层连续性连接和降低端头应力集中等优点,因此能充分利用被粘物材料性能(如复合材料)以提高接头强度。以典型双元胶接接头为对象,考虑加载作用线偏心引起的弯曲效应和胶层剥离正应力,建立被粘物为各向同性的线弹性双元胶接接头应力解析模型。理论模型中的胶层切应力、剥离正应力和上被粘物纵向正应力与精细有限元模型吻合得较好,证实了理论模型的正确性。参数研究中确定了影响混元胶层应力分布的关键耦合参数。     

一种考虑胶瘤的胶接简化有限元模型:应力与刚度分析

胶接接头中总存在胶瘤,由于建模复杂,胶接接头有限元分析中胶瘤常被忽略.但胶瘤能减少峰值应力,提高结构强度和刚度.为此,提出一种简化的胶接有限元模型,即用壳单元代表胶瘤,体单元代表被粘体和胶层,并用弹性理论建立壳单元等效厚度公式.以体单元精细模型结果作为对比的真实解,考察五种载荷工况下,单搭接头简化有限元模型的胶层应力和刚度.分析表明,壳单元等效厚度公式正确,胶接简化有限元模型精度高,可用于诸如汽车等大型结构中;用壳单元简单模型可定量分析胶瘤大小和形状对接头应力和总体刚度性能的影响.     

胶瘤对单搭接胶接接头应力分布影响的数值分析

运用二维弹塑性有限元法对具有不同几何形状胶瘤的单搭接胶接接头承载后的应力特征进行分析.计算结果表明,胶瘤的存在可大大减小胶层和被粘物界面上的各个应力峰,界面上的Mises应力、剪切应力和剥离应力可分别减少近20%、10%和50%.胶瘤的几何形状不同对胶接接头的应力分布也有较大影响.用金属块代替胶瘤后,胶层和被粘物界面上的应力峰值进一步减小,且位置由胶瘤内侧转移到胶瘤外侧,胶接接头强度进一步增强.     

搭接长度对胶接接头工作应力分布影响的数值分析

运用弹塑性有限元法对单搭接金属胶接接头承载后的应力分布特征进行分析，重点研究搭接长度对分别采用酚醛树脂和丙烯酸酯制备的接头应力分布和接头强度的影响。结果表明，胶粘剂的性能对应力分布有较大影响，酚醛树脂胶粘剂制备的接头中胶瘤承担了相当多的载荷，且随搭接长度的增加,von Mises等效应力峰值和剪切应力峰值均趋于向胶层内转移，胶层中各部位的应力亦均有下降；当采用丙烯酸酯胶制备的接头时，胶瘤承载作用并不明显，其应力峰值出现在胶层中被粘物拐角处。     

胶焊接头的三维弹塑性应力分析

采用三维弹塑性有限元方法,数值分析了胶焊搭接接头的应力分布,并与点焊接头、胶接接头的应力分布情况相比较。结果表明,胶焊接头搭接区中应力分布均匀,其焊点内部不存在点焊接头焊点中所具有的高应力,消除了点焊接头中焊点边缘处的应力集中。胶焊接头的应力分布特征与胶接接头十分相似。由应力分析预测的接头强度与已有的试验结果一致。     

复材双搭胶接结构应力分析与试验研究

飞机复材结构连接的趋势是向着无紧固件方向发展,常采用双搭胶接连接,该连接接头处的胶层剪应力分布是分析双搭胶接连接强度和预测整体复材结构失效的关键问题。建立了基于经典弹性理论的复材双搭胶接结构应力分析理论模型,得到了胶层剪应力分布的解析解,并与根据所测得应变提出的基于经典弹性理论和基于经典层压板理论的应力计算方法得出的胶层剪应力分布结果相比较。结果表明:胶层剪应力分布曲线吻合度较高,峰值相差不超过10.9%。     

L形碳纤维增强复合材料/铝合金胶接复合构件剥离应力建模与分析

针对承受剥离载荷的L形碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastic/polymer,CFRP)/铝合金胶接复合构件,以微元受力平衡方程为基础,建立胶层平均剥离应力的二维分布方程。在方程中引入基材的弯曲刚度系数,描述背材与基材均为刚性材料的情况下胶层剥离应力的分布规律。其应力分布曲线为拉压应力交替作用的阻尼调和函数,周期与峰值由胶接件构型尺寸与材料性能参数决定。通过CFRP/铝合金剥离试验及三维有限元模拟对理论模型进行对比验证,结果的总体趋势与数值吻合程度较好,并分析不同方法获得的剥离应力分布状态之间的差异及其产生的原因。基于胶接复合构件的理论模型与三维有限元模型,研究基材厚度改变对剥离应力分布的影响,发现伴随着CFRP板厚度的增加,剥离应力的峰值明显下降,在剥离前沿的应力集中现象得到改善。     

板厚对不同胶粘剂胶烛单搭接头中应力分布影响的数值分析

采用三维弹塑性有限元分析方法,研究了板厚对胶焊单搭接头中有效应力分布的影响。计算结果表明,板厚对不同胶粘剂胶焊接头中的有效应力分布有不同影响。对酚醛树脂胶粘剂胶焊接头,搭接区边缘应力高于焊点边缘,搭接区边缘是裂纹的起裂位置;随板厚增加,搭接区边缘的峰应力减小而焊点边缘应力变化不大,使应力分布趋于均匀,对提高接头强度有利。对丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头刚好相反。     

不同胶接参数对CFRP层合板单搭胶接结构强度的影响及优化设计

对于碳纤维增强基复合材料(Carbon fibre-reinforced polymer,CFRP)层合板单搭胶接结构的优化问题,首先利用连续损伤力学模型、三维Hashin准则和内聚力模型研究不同胶接参数对CFRP层压板单搭胶接结构力学性能的影响,其次采用拉丁超立方试验设计方法和响应面法构建了拉伸强度代理模型,最后基于遗传算法和代理模型进行联合优化.结果 表明,仿真与试验吻合较好,数值结果与试验结果的误差均低于10％,验证了有限元模型的精确性.随着搭接长度的增大,拉伸强度和层合板层间分层损伤程度逐渐增大,剪切强度和胶层自身剪切失效程度逐渐减小;胶接结构的力学性能及失效形式随着铺层方式的不同而改变.最佳铺层顺序、胶接长度、胶层厚度和搭接宽度分别为[03/903]2s、20 mm、0.0607 mm和10 mm.与常规单搭胶接结构相比,拉伸强度和剪切强度分别提高了25.92％和25.88％.采用遗传算法对CFRP层合板单搭胶接结构进行优化,对提高单搭接接头的力学性能具有重要意义.     

胶层尺寸对铝锂合金单搭接胶接接头剪切强度的影响

通过试验研究了不同胶层尺寸对铝锂合金单搭接胶接接头剪切强度的影响,并建立了相应的有限元模型,详细分析胶层厚度和搭接长度对应力分布的影响。结果表明:胶接接头的剪切强度随胶层厚度的增加先升后降,合理的胶层厚度为0.2～0.6mm;胶接接头的剪切强度随搭接长度的增加呈非线性增加,合理的搭接长度为12～16mm;有限元模拟结果与试验结果基本一致。     

轴与轴套粘接／紧配合连接接头的性能研究

用实验方法研究轴对称粘接结构及粘接／紧配合连接接头的一般力学性能，结果表明，在压紧配合装置配时辅以使用胶粘剂，能提高的工艺性；粘接／紧配合复连接接头的力学性能明显优越于纯压紧配合的接头。用有限元方法计算轴瑟轴套粘接／冷缩配合接头在扭矩载荷下的应用受力分布发现，连接层面上的应力分布状态与轴套的变形能力有关。     

In-plane plane strain formability of adhesive-bonded steel sheets: influence of adhesive properties

In the present work, the influence of adhesive properties on the formability of adhesive-bonded sheets (deep drawing quality (DDQ) steel and SS 316L) has been studied through in-plane plane strain (IPPS) formability tests. The adhesive properties were modified by different hardener to resin ratios and by having epoxy and acrylic adhesives. The formability is quantified by load–extension behaviour, limit strains and strain hardening exponent of adhesive-bonded sheets. It is observed from the work done that with increase in hardener to resin ratio, the elongation of adhesives is found to improve during tensile tests. This forms the basis for the actual formability change of adhesive-bonded sheets at different hardener/resin (H/R) ratios. During IPPS formability tests of adhesive-bonded steel sheets, the total elongation is found to improve with increase in hardener/resin ratio. Likewise, limit strains also improve with increase in hardener/resin ratios. The improvement in elongation and limit strains is due to the conversion of a resin-rich formulation to a hardener-rich formulation, making the sample more ductile. Both the acrylic and epoxy adhesive-bonded sheets show an equal amount of improvement in limit strain. The strain hardening exponent (n) of adhesive-bonded blanks has improved with increase in hardener/resin ratio in all the three regions of deformation. The adhesive-bonded blanks have larger strain hardening exponent values as compared to double sheet in the corresponding regions of deformation, indicating formability improvement as compared to double sheet.     

激光烧蚀铝合金表面对其胶接接头耐腐蚀性能的影响

采用激光对5052铝合金进行表面烧蚀处理,对其表面物化特性进行观察分析,并测试了其胶接接头在盐雾环境腐蚀后的剪切强度与失效模式。实验结果发现,经激光表面处理后,接头的剩余强度在盐雾环境腐蚀后强度增大了40%,并且失效模式由几乎完全界面失效变成内聚失效。经分析测量,处理后的铝合金表面粗糙度从0.09μm增大到1.77μm,并且在其表面形成了凹凸不平的多孔结构,胶接时发现胶粘剂渗入其中增强了胶接界面的粘接;同时,经过表面元素能谱分析,发现氧元素含量增加,铝合金表面生成氧化铝,也有利于增强铝合金基体的抗腐蚀性能,证明激光表面处理可以提高胶接接头的耐腐蚀性能。      

胶瘤弹性模量对铝单搭接接头应力分布的影响

利用弹塑性有限元法,研究四种不同弹性模量的胶粘剂 (丙烯酸酯胶、聚氨基甲酸乙酯胶、环氧树脂胶和酚醛树脂胶粘剂等) 形成的胶瘤对铝合金单搭接接头应力分布的影响.结果表明,当胶瘤采用不同于胶层的胶粘剂时,随着胶瘤弹性模量的减小,在胶层与胶瘤的连接处胶层中应力峰值显著提高,且均高于由单一胶所形成接头的应力峰值.对被粘物中紧邻界面层中的应力分布而言,峰值应力出现在胶瘤与胶层的连接处及靠近搭接区两端部处.随着胶瘤弹性模量的增加,靠近被粘物承载端的区域的应力越大,而自由端的应力越小,且靠近承载端的区域的应力峰值由胶瘤与胶层的连接处向承载端一侧转移,因而采用弹性模量低的胶粘剂形成胶瘤对接头的承载不利.     

A Photoelastic Method for the Study of Cage Strain in a Rolling Element Bearing

A technique has been developed by which interpretable photoelastic stress patterns can be obtained from rolling element bearing cages while operating under conditions of various speed and load. The test specimen utilized in this study was a 130 mm bore cylindrical roller bearing. A layer of bire-fringent plastic was cemented to the outboard side of the cage of the bearing by means of a reflective adhesive. This plastic material was illuminated by means of high intensity polarized light. This light passed through the birefringent plastic material, was reflected by the reflective adhesive and passed back again through the birefringent material and through another polaroid filter (analyzer). A high speed camera was located behind this second polaroid filter. High speed motion pictures were taken of the photoelastic stress patterns produced in the birefringent material as the test bearing was rotated under radial load. Photoelastic stress patterns recorded on the high speed motion picture film were analyzed and resulted in the determination of the stress distribution along a radial section of the cage.     

板材粘性介质压力成形粘性附着力影响因素试验研究

针对粘性介质压力成形过程是粘性介质与板材耦合的变形过程,不易确定板材在粘着应力作用下变形行为的情况,自行设计了粘性附着力拉伸试验装置,将粘着应力作为板材拉伸力,直接测量粘着应力对板材变形的作用。采用聚甲基乙烯基聚合物作为成形传力介质,初步研究了粘性附着力拉伸过程板材受到的粘性介质粘性附着力对板材变形的影响以及粘性附着力的影响因素。试验结果表明,增大板材表面压力差、提高粘性介质流动速度及提高粘性介质压力有利于提高粘性附着力的作用。研究结果可为合理利用粘性附着应力作用,提高板材成形性提供理论基础。