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.     

混元胶接单搭接头的应力与刚度分析

拉剪胶接接头的峰值应力常发生在搭接区端头,而中间区的应力非常小,为降低应力集中,提高接头强度和连接效率,系统研究胶层变刚度的混元胶接技术,将高弹性模量的脆性胶置于中间区,而低模量的韧性胶置于搭接区边缘.以胶接理论为基础,考虑被粘物剪切应变,建立单搭拉剪混元胶接接头的线弹性应力和刚度解析模型.理论模型中的正应力和剪应力与有限元模型吻合得较好,证实理论模型的正确性.有限元和解析解均表明,混元胶接接头在搭接区端头的峰值剪应力分别较单一刚性胶和柔性胶胶接时下降了52.1%和24.4%,参数研究中确定了影响混元胶接接头应力和刚度分布特征的关键耦合参数.     

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。     

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。     

复合材料胶接强度分析

以Von Mises屈服准则为胶层失效判据及基于应力分布的三维Hashin失效准则为复合材料层合板失效判据,采用材料刚度退化的方法,在ANSYS中建立了考虑复合材料层合板和胶层失效的复合材料胶接强度分析模型;利用该模型对复合材料胶接强度进行了准确预测.重点研究了胶层厚度和胶接长度两个设计参数对复合材料胶接强度的影响,结果表明:胶接强度在一定范围内随着胶层厚度和胶接长度的增大而增大,呈非线性关系.     

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。     

太阳能板与铝合金框架胶接接头力学性能分析

利用有限元软件ANSYS,对太阳能板与铝合金框架采用不同胶接方式时的接头力学性能进行有限元分析.结果表明,不同胶接方式对接头应力大小具有明显影响,特别是对胶层的弹性模量影响较大.该分析对正确使用胶接方式具有一定的指导作用.     

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.     

非平衡胶接接头循环温度场强度退化研究

随着汽车轻量化技术的发展,结构胶接技术被广泛应用于车身异种材料的连接工序.通过实验室模拟汽车服役工况的循环温度场环境,采用韧脆性质不同的两种结构胶粘剂,对钢/铝非平衡胶接接头的剪切强度进行环境退化研究.试验结果表明,两种胶接接头在循环温度场作用下,接头的宏观强度表现出不同程度的退化现象,并且随着时间的推移,这种退化趋势逐渐趋于稳定;通过ABAQUS有限元软件对胶接接头进行二维建模分析,并且通过内聚力单元对胶层的破坏过程进行模拟,发现在经历循环温度环境作用后,胶接区域边缘处胶层内部剥离应力和切应力的集中现象更加显著;采用扫描电镜法对胶层失效表面进行样貌分析,发现破坏表面胶体的微观结构也受到了环境变化的影响.     

Creep simulation of adhesively bonded joints using modified generalized time hardening model

Creep behavior of double lap adhesively bonded joints was investigated using experimental tests and numerical analysis. Firstly, uniaxial creep tests were carried out to obtain the creep characteristics and constitutive parameters of the adhesive at different stress and temperature levels. Generalized time hardening model was used to predict the creep behavior of the adhesive. This model was modified to simulate the creep behavior at different stress and temperature levels. Secondly, the developed model was used to simulate the creep behavior of bonded joints using finite element based numerical analysis. Creep deformations of the joints were measured experimentally and good agreement was observed in comparison with the results obtained using numerical simulation. Afterward, stress redistribution due to the creep along the adhesively bonded joint was obtained numerically. It was observed that temperature level had a significant effect on the stress redistribution along the adhesive thickness.     

基于面压不均匀分布的结合部动力学建模研究

提出了一种基于结合面压力不均匀分布的螺纹固定结合部动力学建模方法。首先,利用Ansys对施加预紧力的装配体整机进行静力学分析,提取结合面处的节点、单元信息及压力分布,基于节点间距离最短的原则对上、下结合面中的节点进行匹配,在匹配好的两节点间建立Matrix27刚度和阻尼单元,以此来描述结合部的动力学特性;其次,基于结合面压力分布及Yoshimura法,求解Matrix27单元中的刚度系数和阻尼系数;最后,将结合部与零部件有限元模型综合成整机有限元模型。对比前四阶理论模态与试验模态可知:理论模态振型与试验模态振型相似且一一对应,理论固有频率与试验固有频率间的误差在0.7%～7.2%范围内,从而验证了该建模方法的有效性。     

Elastic dynamic research of high-speed multi-link precision press considering structural stiffness of rotation joints

An elastic dynamic model of high-speed multi-link precision press considering structural stiffness of rotation joints was established by the finite element method. In the finite element model, rotation joint was established by four bar elements with equivalent stiffness, and connected link was established by beam element. Then, the elastic dynamics equation of the system was established, and modal superposition method was used to solve the dynamic response. Compared with the traditional elastic dynamic model with perfect constraint of the rotation joints, the elastic dynamic response value of the improved model is larger. To validate the presented new method of elastic dynamics analysis with stiffness of rotation joints, a related test of slider Bottom dead center (BDC) position in different speed was designed. The test shows that the model with stiffness of rotation joints is more reasonable. So it provides a reasonable theory and method for dynamic characteristics research of sucha multi-link machine.

     

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。     

主轴单元参数化建模、分析与优化设计

为实现主轴单元静动态特性的快捷分析,本文提出了主轴单元有限元建模基本参数的概念,建立了主轴单元通用有限元简化模型。以某厂新型五面体加工中心主轴单元为研究对象,利用简化模型得到了主轴单元的静刚度和前十阶模态。与简化前的分析结果比较,证明了简化模型的正确性。分析了不同轴承预紧工况下前两阶固有频率的变化,通过对主轴单元进行动态优化设计,使一阶固有频率提高了32.2%,主轴重量减少了42.9%。     

碟形金属波纹管的轴向刚度研究

采用有限元软件ANSYS对碟形金属波纹管的轴向刚度进行了非线性分析，并进行了轴向刚度试验，将试验结果、有限元分析结果与曲梁简化模型推导出的刚度计算公式，以及原有焊接波纹管的刚度计算公式进行了对比，结合U形波纹管轴向刚度的计算结果，验证了有限元和曲梁简化公式的正确性，具有一定的工程应用价值。     

Failure behavior of inclined thick adhesive joints with manufacturing defect

In this paper, numerical model of thick adhesive inclined joints has been prepared and validated against experimental test to study the effect of manufacturing defect on the joint strength. The inclined joint was made up of two laminate webs attached to a wedge by a layer of adhesive. Tensile tests were conducted on many thick adhesive joint specimens with two different geometries. One half of the symmetric test specimen was then modeled using finite element analysis in which cohesive zone modeling (CZM) was used to simulate the initiation and propagation of joint fracture. The progressive fracture through the adhesive layer and along adhesive-laminate interface was carefully examined. Based on inspection of the experimental test specimen, potential manufacturing defect types and locations were incorporated in the finite element model. The reduction in strength due to these manufacturing defects was used to predict the most critical flaw type in thick inclined joints. The differences between the “flawless” numerical model and the experimental test specimen was explained when these manufacturing defects were incorporated. The results were found to be consistent with the experimental tests.