CFRP/Al复合构件无头铆钉压铆力建模与仿真分析

压铆力作为影响CFRP/Al复合构件铆接质量的重要参数,其大小往往根据经验给出,缺乏理论依据。文章针对CFRP/Al复合构件的无头铆钉压铆过程从理论建模和有限元模拟两方面研究了压铆力。首先建立CFRP/Al复合构件无头铆钉压铆的物理模型与条件假设,并将该压铆过程划分为6个阶段;其次针对铆钉和铆接件分阶段进行受力和变形分析,并采用主应力法建立压铆过程所需的压铆力的理论公式;最后采用ABAQUS有限元软件对压铆过程进行仿真分析,对压铆力的计算和仿真结果进行对比分析,表明求解压铆力的理论公式有效性良好。     

无头铆钉自动钻铆工艺试验研究

为了提高装配质量和寿命,自动钻铆技术在飞机装配中得到广泛应用,而钻铆参数是影响装配效率和质量的关键因素。文章通过有限元模拟技术对无头铆钉铆接变形进行了分析,提炼了自动钻铆工艺参数,并结合G86自动钻铆系统,采用正交试验法进行了无头铆钉的工艺试验研究,通过极差分析法确定了无头铆钉的钻铆参数值,为无头铆钉在飞机装配中的应用提供了依据。     

无头铆钉干涉配合铆接工艺试验报告(之一)

无头铆钉干涉配合铆接是指铆钉铆后,钉杆涨大超过孔径保持一定的干涉量,从而对孔壁造成压应力。在外载作用下,这种预应力可显著提高接头的疲劳寿命和密封性。本文用LY12CZ,3毫米厚的铝板,LY1、直径4毫米,长14毫米的无头铝铆钉做了干涉配合铆接试验。初步探索了各主要工艺因素对干涉量的影响。试验证明必须选用凹形的上、下铆模,才能获得沿钉杆全长较均匀而又合理的干涉量,各层干涉量定在0.10～0.16毫米之间,铆接后铆钉总高应为9.6毫米,只需三个大气压的压铆力。改变钟后铆钉总高,可以控制各层干涉量。其他工艺因素如钉孔直径、铆钉长度、外伸量、板材厚度、材料等也都影响干涉量的变化,生产上必须合理选用。     

装配式冷弯薄壁型钢结构中4种连接的抗剪性能试验研究

为了解决自攻螺钉、拉铆钉、无铆、锁铆连接技术在装配式冷弯薄壁型钢结构中应用可行性的问题,对不同板厚组合下4种连接的抗剪性能进行了试验研究:总结了4种连接的破坏模式及荷载-变形曲线;考察了板厚比对不同连接力学性能及破坏模式的影响;通过力学性能与施工可行性的对比分析,综合评估了4种连接技术应用于装配式冷弯型钢结构中的可行性.研究结果表明:板厚比对无铆连接的破坏模式影响较小,而对自攻螺钉、拉铆钉、锁铆连接的影响较大;自攻螺钉和拉铆钉连接具有较高的承载力和变形能力,且施工灵活性较高,但自动化程度很低,主要适用于现场建造的冷弯薄壁型钢结构;无铆连接的承载力、变形能力低,且施工灵活性差,不宜用于冷弯薄壁型钢结构中的受力构件;锁铆连接具有较好的力学性能,且工序简单,自动化程度、连接效率高,成形质量好,主要适用于装配式冷弯薄壁型钢结构.基于前述研究,提出了与规范相统一的锁铆连接抗剪承载力计算公式,其计算精度高、离散性小.     

气动锤铆过程仿真分析与试验

为提高锤铆工艺质量,提出一种对锤铆过程仿真分析的方法,并获得锤铆工艺所需铆接时间.建立气动铆枪的运动学模型,结合Matlab仿真得到不同输入气压下（0.2～0.6 MPa）冲锤的冲击速度及其冲击频率;在ABAQUS中对锤铆过程进行有限元分析,将运动学模型的仿真结果（冲锤的冲击速度及频率）应用至有限元模型中,以获得规定的镦头尺寸为目标,得到不同输入气压下需要的铆接时间.实验得到铆钉在0.2~0.6 MPa不同气压下的铆接时间,实验值与仿真值的偏差在15%之内,验证此仿真方法的可行性.结果表明,铆枪的输入气压及铆接时间是影响锤铆工艺的关键因素.     

光伏支架中螺栓连接和拉铆连接腐蚀前后抗剪性能对比试验研究

拉铆连接代替普通螺栓连接可以提高光伏支架连接节点的防腐蚀性能,为研究光伏支架中采用拉铆钉代替普通螺栓的可行性,对比分析螺栓和拉铆连接腐蚀前后抗剪性能,分别对M8、M10、M12的4.8级普通螺栓和同规格的小直径拉铆钉进行了腐蚀前后的抗剪承载力试验,分析了两种连接在腐蚀前后的抗剪承载力变化情况、腐蚀机理、腐蚀形貌及构造差异,结果表明：腐蚀后产生的腐蚀坑会造成应力集中,同时腐蚀会降低螺栓和拉铆钉的净截面面积,因而,腐蚀后两种连接的抗剪承载力均有不同程度的降低;在相同的腐蚀条件下,螺栓的螺帽和螺杆之间的连接存在缝隙,腐蚀介质更容易对其产生侵蚀作用,故腐蚀后螺栓连接的抗剪承载力下降程度较大;由于拉铆连接铆杆和套环咬合紧密能降低腐蚀对其影响,故腐蚀后拉铆连接的抗剪承载力下降程度较小.     

CFRP构件带垫圈铆接损伤及剪切性能

碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)在航空领域应用广泛,但极易发生铆接损伤。因此,针对航空CFRP构件,本文通过试验方法研究带垫圈铆接损伤行为,评估不同宽径比和宽径比西铆接构件拉伸剪切性能,研究结果表明：CFRP铆接损伤主要由镦头径向过度膨胀和镦头材料轴向变形挤压造成,以挤压损伤为主,带限制垫圈铆接可有效减少铆接损伤,其损伤主要发生在镦头附近层板孔周附近表层局部区域,由垫圈内孔附近区域挤压下凹造成;所有试件力-位移响应曲线特征由钛合金铆钉主导,呈现出明显弹性变形阶段、塑性变形阶段和最终失效阶段,最终失效模式均为铆钉剪切失效;拉伸失效过程中,垫圈均未发生明显变形,CFRP层板钉孔周围表层发生明显局部挤压损伤,拉伸过程中伴随纤维断裂声响;宽径比对试件刚度和最终失效强度均具有明显影响,而边径比对试件力-位移响应影响不明显。     

钢铝异质自冲铆接头剥离失效仿真

为了研究钢铝自冲铆接头剥离失效行为,对5754铝合金和Q235钢异质自冲铆接头进行了剥离试验及仿真研究。建立了基于MMC失效准则的T型自冲铆接头有限元模型,对两种接头在剥离工况下的拉伸失效过程进行仿真,对比试验结果验证了有限元模型的可靠性,并对接头的剥离失效行为进行了分析。研究结果表明:建立的有限元模型能表征接头在剥离工况下的失效形式及力学性能;铝-钢接头因上板与铆钉分离失效,剥离过程中加载侧钉脚和钉头区域易产生应力集中,上板加载侧铆孔区域最先发生失效;钢-铝接头失效形式为铆钉与下板分离,剥离过程中加载侧钉头边缘及钉脚内壁区域易出现应力集中,下板铆扣区域发生脱层损伤,脱层损伤区域向非加载侧铆扣区域扩展。     

自攻螺钉与拉铆钉混合连接受剪承载性能试验研究

为改善自攻螺钉连接的构件在地震作用下易发生拉脱导致结构严重破坏的缺点,提升冷弯薄壁型钢组合墙体抗破坏能力,本文分析了组合墙体层间连接处的传力机理,针对自攻螺钉的破坏模式,提出了拉铆钉与自攻螺钉混合连接。为研究混合连接的抗剪性能,共进行了48组连接接头抗剪性能试验,包含冷弯薄壁型钢结构常用的5种连接板厚度,板厚比变化范围1.0~2.0,连接方式包含纯自攻螺钉连接、纯拉铆钉连接及混合连接。观察混合连接的破坏模式,自攻螺钉未发现拉脱破坏,其破坏模式主要表现为板承压破坏与螺钉倾斜组合破坏、铆钉剪断破坏及板承压与铆钉部分剪断组合破坏三种;相较单一连接方式,混合连接荷载-位移曲线表现出更长的塑性阶段;当板厚比大于1.5,且组合板厚小于3 mm,混合连接的承载力及延性较单一连接增长明显;利用现有计算方法对混合连接的承载力进行累加计算,与试验结果进行对比,其计算结果偏保守。结果表明：混合连接能较好地弥补拉铆钉和自攻螺钉受剪过程中的缺陷,有效改善自攻螺钉拉脱破坏,从而提升连接的承载力及延性;板厚和板厚比是影响混合连接破坏模式及承载力的重要因素,与单一连接相比,板厚比越大,承载力提升越大;排布方式对混合连接的力学性能及破坏机理影响有限;在本文试验工况下,结合混合连接的破坏模式,在现有计算方法的基础上,提出改善后的计算方法,其计算结果更合理。     

装配式轻钢结构锁铆连接适用性分析

为解决传统装配式轻钢结构中自攻螺钉连接工序多、效率低等问题,引入锁铆连接的方式进行构件装配。为研究锁铆连接在冷弯薄壁型钢中的适用性,采用自攻螺钉和锁铆2种连接方式分别制作单个接头和桁架梁试件进行试验,以自攻螺钉连接的桁架梁性能为标准,对比分析2类连接试件的破坏模式、抗弯承载力、刚度、延性、变形能力等力学性能。结果表明:锁铆钉在桁架梁与接头试验中的受力特征有所差异,单个接头试验的结论不足以说明锁铆连接在整体结构中的适用性;锁铆连接桁架梁的破坏模式为延性破坏,表现为上弦杆翼缘板材被拉裂,其抗弯承载力、刚度、延性均优于自攻螺钉连接,且抗弯刚度具有显著优势。锁铆连接适用于具有较高刚度要求的装配式冷弯薄壁型钢模块。