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。     

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.     

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.     

搭接长度对平纹机织复合材料胶接结构连接性能影响的多尺度分析

针对平纹机织复合材料层合板，首先基于均匀化方法确定细观模型的性能参数，其次采用Hashin准则分析细观模型损伤过程，最后引入连续损伤力学模型和内聚力模型建立层合板胶接结构宏观模型。研究结果表明，平纹机织复合材料层合板的数值曲线与试验结果吻合较好，验证多尺度模型的有效性；搭接长度在5~15 mm时，随着搭接长度的增大，单搭和双搭胶接结构的极限失效载荷逐渐增大，并趋于稳定，而搭接剪切强度逐渐减小；单搭和双搭胶接结构的失效形式随着搭接长度的增大逐渐由胶层剪切失效过渡到层间分层失效；相同搭接长度下，与单搭胶接结构相比，双搭结构的极限失效载荷较大。基于均匀化方法、Hashin失效准则、内聚力模型和连续损伤力学模型，提出一种平纹机织复合材料多尺度模型，对结构性能设计和使用寿命具有重要意义。     

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。     

胶层厚度对胶粘剂Ⅰ型断裂韧性影响试验和仿真研究

同传统结构连接方式相比,胶接技术具有诸多优势,在各个工业领域得到了广泛应用。胶层在胶接结构载荷传递过程中起着关键作用,对其内部裂纹扩展机理的研究就显得尤为重要。采用胶接双悬臂梁试验和内聚力模型数值仿真相结合的方法,研究胶层厚度对胶粘剂Ⅰ型断裂韧性的影响规律。为了克服双悬臂梁试验中裂纹长度精确监测的困难,开发了基于柔度的梁方法对试验数据进行分析,进而得到Ⅰ型断裂韧性数值。引入双线性内聚力模型对胶层裂纹扩展过程进行模拟,通过分析试验与数值模拟得到的载荷-位移曲线、R曲线和Ⅰ型断裂韧性数据,验证了有限元模型的准确性。结果表明,胶层厚度对胶粘剂正应力工况下断裂特性有着显著影响,在所研究胶层厚度范围内,随着厚度增加其Ⅰ型断裂韧性先增大后减小,失效模式则由内聚失效转变为混合失效。     

铝合金三明治板面外承载特性的有限元模拟和试验研究

通过有限元模拟方法研究了点/面载荷作用下不同长宽比和宽厚比铝合金三明治板的面外屈曲特性，并进行试验验证；通过试验研究了不同尺寸参数铝合金三明治板的面外承载特性。结果表明：模拟得到点/面载荷下三明治板的载荷-位移曲线与试验结果基本吻合，平均相对误差小于5%,证明了有限元模拟的可靠性；三明治板在点载荷下发生整体刺穿破坏，在面载荷下发生芯板压缩破坏。在点载荷下，当宽厚比为13.6时，随着长宽比由0.7增大到1.9,三明治板的破坏载荷先升高后趋于平稳，而当宽厚比为21.4时，随着长宽比由0.4增加到1.2,破坏载荷基本不变，宽厚比21.4的破坏载荷大于宽厚比13.6。在面载荷作用下，随着长宽比增大，屈服载荷降低，宽厚比13.6的屈服载荷大于宽厚比21.4。以3 mm为面外屈曲变形临界值时，点/面载荷作用下三明治板的临界屈曲比均为0.093。     

胶层缺陷对胶接-拉铆搭接剪切接头力学性能影响研究

近年来胶接-拉铆技术在载运工具和航空航天等领域得到了广泛应用,而大型结构连接部件的制备过程会不可避免地在胶层内部产生局部缺陷,进而影响接头服役性能。以胶接-拉铆单/双搭接接头为研究对象,通过在胶层区域设置不同形式的人工缺陷,模拟胶层制备过程中产生的胶层内部缺陷,研究其对胶铆接头搭接剪切力学性能的影响规律。以6061-T6铝合金为基底制备胶接-拉铆接头试件,考虑单、双搭接试件形式,胶层内部预先放置不同厚度、面积、形状、位置的聚四氟乙烯缺陷片,对固化后的接头进行准静态拉伸破坏试验,并采用宏观观测和扫描电镜分析胶层失效表面宏观和微观样貌,从而对胶层内部缺陷对其失效模式影响机理进行评价。试验结果表明,接头主要失效模式为内聚失效,胶层中缺陷的位置、面积、厚度会对接头失效载荷以及失效强度产生不同程度影响,而缺陷的形状对接头力学性能影响不大。无缺陷的双搭接试件胶层失效载荷是单搭接试件1.62倍,单搭接试件胶层失效强度是双搭接试件1.24倍。有圆形缺陷的双搭接试件失效载荷是单搭接试件2倍,而失效强度没有受较大影响。基于现有试验结果,可以为实际结构设计中含胶层缺陷胶铆复合接头失效强度提供有效评估方法。     

轻质合金胶接接头强度的胶层厚度依赖性的实验研究

实验研究了胶层厚度对轻质铝合金单搭接头总体强度的影响规律,并探讨了接头总体强度-胶层厚度关系曲线变化趋势的相关影响因素,具体评估了胶黏剂韧性的影响。实验结果表明:当胶层厚度改变时,韧性胶黏剂对应胶接接头总体强度的变化程度,比脆性胶黏剂对应的情况要剧烈,当厚度处于较小范围的时候,这种现象表现得尤为明显。当胶层厚度大于临界厚度时,胶接接头的总体强度表现为胶黏剂的宏观剪切强度。实验结果与已有模型预测结果吻合较好。     

复合材料胶铆混合修理的拉伸性能研究

为研究不同修理方法以及不同损伤尺寸对复合材料层合板拉伸性能的影响,针对复合材料飞机蒙皮,设计了无损板、60 mm与30 mm损伤孔径的胶接修理板和胶铆混合修理板五组试验件,并对这五组结构件进行静强度拉伸试验及失效机理分析.建立试验件的三维有限元仿真模型,分析无损板和四组修理件的破坏强度、破坏模式、应力分布、应力大小和危...     

补片形状和尺寸对复合材料胶接修补的影响

与传统的机械修补技术相比,复合材料胶接修补具有结构增重小、可设计性强、成形简单和成本低等明显的优点。因此,复合材料胶接修补技术已成功地应用于一些军用和民用飞机的受损结构。借助于ANSYS软件,以三维逐渐损伤理论为依据,分别建立含不同形状补片的复合材料胶接修补模型,其中母板和补片采用正交各向异性损伤模型,胶层采用各向同性损伤模型。在单向拉伸载荷作用下,同时考虑层合板和胶层的损伤形式和扩展趋势,确定层合板的最终失效载荷,并与已有文献进行对比,验证模型的正确性。损伤模型计算结果表明,补片的形状和尺寸均是胶接修补的重要设计参数,其对层合板的最终失效载荷影响显著。斜放的方形补片的修补效果较佳,当对方形补片进行圆角化处理时,受损层合板的拉伸承载能力得到提高。     

The three-point bending of Y-frame and corrugated core sandwich beams

Sandwich beams comprising Y-frame and corrugated cores have been manufactured by assembling and brazing together pre-folded AISI type 304 stainless steel sheets. The longitudinal axis of the cores coincides with the axis of the beams. The quasi-static three-point bending response of both simply supported and clamped beams is measured along with the indentation response of the beams placed on a rigid foundation. The investigation reveals that the initial collapse strength of the beams is governed by the indentation of the Y-frame or corrugated core for all beam geometries considered here. The simply supported beams have a softening response beyond the initial peak load while the clamped beams display a hardening response due to the longitudinal stretching of the face-sheets. The experimental investigation reveals that sandwich beams with Y-frame or corrugated cores have comparable responses for each of the loading situations considered. Additional insight into the deformation modes is obtained by three-dimensional finite element (FE) calculations.     

Mechanical behaviour and failure modes of metal to composite adhesive joints for nautical applications

In this paper, the influence of several parameters on the mechanical behaviour and failure modes of hybrid bonded joints aluminium/composite was investigated. Particularly, the effects of metallic surface condition, adhesive properties and thickness on single-lap joint resistance were analysed. To these aims, two adhesives were used and, for each adhesive, two different adhesive thicknesses (0.5 and 1.5?mm) have been investigated. Furthermore, two sets of joints for each adhesive kind and thickness were investigated: the former was obtained using aluminium blanks which were previously mechanically treated with sandpaper (P60) and the latter using aluminium treated with sandpaper and with presence of fillets in the ends of the overlap area. In order to improve the adhesion strength between polymeric adhesive and aluminium, two metal surface treatments have also been performed using a silane coupling agent, ??-glycidoxypropyltrimethoxysilane (??-GPS). The mechanical performances and failure modes were found to be significantly increased using the chemical pre-treatments with ??-GPS silane coupling agent unlike other parameters investigated. As regard the thickness of the adhesive layer, the better value is found to be equal to 0.5?mm, for both adhesives investigated.     

基于碰撞安全性汽车前防撞梁总成轻量化设计

前防撞总成是汽车正面碰撞时最重要的承载件,起到吸收能量和保护乘员的作用,也是轻量化设计的重要结构。根据前防撞梁总成的结构特点,选取横梁和吸能盒作为研究对象,选择材料、厚度、截面形式等方面进行轻量化方案设计,选择最大加速度、侵入量、能量吸收和单位质量承载力等作为优化设计目标,对不同结构的零件进行优化设计。并对优化设计前后总成的性能进行对比分析,选择正面100%重叠工况和40%偏置碰撞工况进行对比分析,获取加速度、承载力等变化曲线。结果可知:优化设计后横梁材料DP980D+Z,厚度1.3mm;吸能盒的截面形式为十字形、无设计倾角,材料则选择高强钢DP780D+Z,厚度为1.6mm;轻量化后总成的加速度、侵入量、最大承载力均无明显变化,变化趋势基本一致;最大侵入量满足设计要求,最大承载力与实际值偏差为2.3%,满足要求;表明总成轻量化设计方案的可行性,为实际应用提供参考依据。     

Collapse mechanisms of sandwich beams with composite faces and a foam core, loaded in three-point bending. Part I: analytical models and minimum weight design

Analytical predictions are made for the three-point bending collapse strength of sandwich beams with composite faces and polymer foam cores. Failure is by the competing modes of face sheet microbuckling, plastic shear of the core, and face sheet indentation beneath the loading rollers. Particular attention is paid to the development of an indentation model for elastic faces and an elastic–plastic core. Failure mechanism maps have been constructed to reveal the operative collapse mode as a function of geometry of sandwich beam, and minimum weight designs have been obtained as a function of an appropriate structural load index. It is shown that the optimal designs for composite–polymer foam sandwich beams are of comparable weight to sandwich beams with metallic faces and a metallic foam core.     

门槛梁抗弯性能影响因素研究

以某微型车门槛梁为研究对象,分析在侧面碰撞过程中的变形模式,确定薄弱截面。为便于对抗弯性能影响因素研究,将其等效简化为单帽梁。设计三点弯曲准静态试验,采用单一变量的方法,分析单帽梁的厚度、截面长宽比和材料对抗弯性能的影响规律。结果表明:薄壁梁内板厚度对抵抗弯曲所起的作用较小,薄壁梁的抗弯性能主要由外板厚度来体现,厚度越大,薄壁梁的抗弯性能越好。截面长宽比越小,所用材料的屈服强度越高,薄壁梁的抗弯性能越好。对后期门槛梁结构设计提供参考。     

基于碰撞安全性具有引导结构汽车前纵梁设计

前纵梁抵抗弯曲变形的能力直接影响整车碰撞安全性。针对前纵梁进行引导结构优化设计,以提升抵抗弯曲变形能力。基于前纵梁弯曲变形工况,分析前纵梁弯曲变形的截面受力变形模式;外延变形具有最好的弯曲变形承载能力;设计具有外延变形和对称变形交替出现的前纵梁结构,选用开引导槽的结构形式进行优化设计;基于碰撞法规,选取正面100%刚性壁障碰撞和正面40%可变形壁障碰撞进行改变前后的性能验证;选取加速度、变形等指标进行对比分析。结果可知:外延变形承载能力最强,当外延变形和对称变形交替出现时,梁结构承载弯曲变形的能力最强;开设引导槽的间距需要满足外延变形波长和对称变形波长之和的整数倍;从两种碰撞工况前纵梁变形模式来看,改进设计使前纵梁的变形更为稳定,出现轴向稳定变形模式,同时提高了部分吸能特性,提高了整车的耐撞性;分析过程和结果为进一步实车验证提供重要参考。     

Study of Transverse Bending of a Honeycomb Three-Layer Panel with a Circular Axis

The model of transverse bending of a honeycomb three-layer panel with a circular axis is reduced to the design scheme of a three-layer beam with a circular axis and a shear-responsive core. Differential equations are obtained from the condition of stationarity of the functional from displacements of the three-layer beam; these equations allow one to investigate transverse bending while taking into account the variability of shear deformations along the thickness of the core. Transverse forces in load-bearing layers (shells) were found from the equilibrium condition of the selected beam element. The limits of the applicability of the proposed method are estimated.     

胶层厚度对三点支撑反射镜面形的影响

以45nm浸没式光刻物镜中采用的三点支撑反射镜为研究对象,建立了胶层连接的三点边缘支撑结构模型,用以确定胶层厚度对三点支撑反射镜面形变化的影响。分析了重力作用下三点支撑反射镜的面形变化情况,通过解析表达式描述了胶层厚度对反射镜受力变形的影响。建立了"支撑块-胶层-反射镜"的有限元计算模型,针对不同胶层厚度对反射镜的面形变化进行了仿真分析。仿真结果表明:随着胶层厚度的增大,反射镜的面形变化(均方根值RMS)呈现先减小后增大的趋势;当胶层厚度为280μm时,反射镜面形变化的RMS值最小,约为1.25nm。最后,通过实验测量了柔性双脚架三点边缘支撑导致的反射镜面形变化。结果显示:当胶层厚度为200,280,400μm时,反射镜面形的变化结果均与仿真结果一致,验证了本文仿真结果的正确性。     

胶黏剂黏弹性对粘贴式FBG应变传递的影响

考虑到FBG传感器用于机床应变监测时,胶黏剂蠕变对静态载荷下FBG应变传递的影响,研究了胶黏剂线黏弹性对粘贴式FBG应变传递的影响规律。基于粘贴层为线黏弹性材料重新建立了粘贴式FBG应变传递模型,并将粘贴层简化为三参量固体模型,得到了粘贴式FBG传感器瞬时和准静态的应变传递关系。然后,通过理论和实验分析了粘贴长度、宽度、高度和中间层厚度对瞬时和准静态应变传递的影响。实验结果表明:在恒定应力作用下,黏接剂蠕变会导致FBG的应变随时间而变化,当粘贴长度在30mm以上时,FBG应变传递率随时间的变化在4%左右;当粘贴长度为15mm时,应变传递率变化接近7%。分析该结果得出:适当增加粘贴长度,减小粘贴中间层厚度可以减小胶黏剂蠕变对应变传递的影响。该结论对基于粘贴式FBG的高精密测量具有指导意义。