泡沫铜夹层对铝合金压印接头的力学性能影响

泡沫金属由于其良好的缓冲、减震性,近年来在工业领域得到了越来越广泛的应用.为了研究泡沫铜夹层对铝合金压印接头的力学性能影响,本文采用5052铝合金对其进行压印连接试验,并添加不同厚度的泡沫铜夹层作为对比,通过静力学拉伸-剪切试验,对接头的成形质量、接头强度、失效位移、失效模式和能量吸收能力进行研究.结果表明:泡沫铜夹层对压印接头成形质量有一定的削弱作用;泡沫铜夹层可以很好地吸收压印接头所承受的拉伸-剪切力,可以增大板材所能承受的最大拉伸-剪切载荷,并且泡沫铜夹层的厚度越大,这种作用越明显;泡沫铜夹层可以提高压印接头的失效位移均值,且夹层厚度对其无显著影响;泡沫铜夹层对压印接头的能量吸收能力有明显的提升作用,并且泡沫铜夹层的厚度越大,接头能量吸收能力越大.     

钢铝板材压-胶复合连接性能

为提高钢铝混合轻量化车身结构中钢和铝异种材料的连接性能,对钢铝板材的压-胶复合连接技术进行仿真与实验研究.以A5052铝合金板和Q235钢板为被连接件,环氧树脂为胶粘剂,采用内聚力模型模拟胶层的失效行为,建立压-胶复合连接的剪切和剥离仿真模型.在实验验证仿真模型有效性的基础上,基于响应面近似模型对连接工艺参数进行多目标优化,得到关于剪切强度和剥离强度的Pareto前沿解集以及各参数的优化组合.结果表明:优化解集中的多个工艺方案均能保证连接点剪切强度在9 400 N以上,而剥离强度均在700 N以上.实验证明钢铝板材压-胶复合连接强度比无胶单独的压力连接提高一倍以上,且可以达到同条件下钢板焊接拉伸强度的80%左右.     

压印接头强度的有限元模型及理论计算方法

建立了压印接头拉剪强度模型并提出接头强度的理论计算方法。建立了压印连接成形的二维模型,模拟压印成型过程并分析金属流动规律,模拟结果与试验结果一致。由压印连接过程的模拟结果得到压印接头的三维模型,由此三维模型模拟接头的拉剪过程,得到接头的载荷-位移曲线和失效形式,模拟结果与试验结果一致,求解误差为3.4%。根据压印接头拉剪的两种失效形式(颈部断裂失效和上下板分离失效),提出了压印接头的理论计算公式。并由12种压印接头对计算公式进行验证,求解结果与试验结果吻合,最大强度误差为8.9%。     

车身钢-铝粘接接头湿热老化性能

为了给粘接技术在钢-铝车身中的实际应用提供参考依据和技术指导,研究了湿热环境对不同应力状态下钢-铝粘接接头性能的影响。针对所选取的单搭接、45°嵌接、对接钢-铝粘接接头,完成试件的加工及粘接固化,并根据所制定湿热循环谱,进行了20、40、60周期的湿热老化试验。试验结果表明:随着湿热循环周期的增加,3种接头失效载荷均呈下降趋势,在正、剪应力等比状态下,接头失效载荷下降幅度更显著。同时,在湿热循环作用下接头失效形式也发生了一定改变。通过计算接头胶层的正、剪应力值,并进行曲线拟合发现不同湿热循环周期后,接头失效准则均符合应力准则。在此基础上,进一步建立了钢-铝粘接接头在任意老化周期后的失效准则表达式及对应的三维曲面。     

环氧胶粘结刚性铺装的正交异性桥面板力学性能

为了研究环氧胶在钢-混组合板中作为粘结层的适用性,以无配筋的超高性能混凝土作铺装层的钢桥面板为对象,采用环氧胶层连接两种材料,并考虑钢板表面处理不佳的涂胶情况,通过试验测试施涂效果欠佳的钢混胶接接头的抗剪强度,并采用该种环氧胶的施涂方式,设计制作一个足尺桥面板试件,进行受弯加载试验. 测试试件的变形、结构不同位置的应变响应以及极限承载力等,记录钢混粘结层的失效状态,并采用有限元方法对失效前的钢与混凝土之间粘结层的受力进行分析. 结果表明:该种环氧结构胶作为无配筋刚性铺装钢桥面板的粘结层时,施工操作方便;钢板表面处理效果影响到粘结层的强度;即便在钢板表面处理不佳情况下涂刷环氧胶,也能很好地保证钢板与刚性铺装层之间的可靠连接,钢结构的材料屈服先于钢与混凝土之间环氧胶层的破坏;粘结层的纵向剪应力分布不均匀,在加劲肋与顶板交界处的应力大于其他位置;采用环氧胶粘结的刚性铺装桥面板具有较好的延性和较高的承载力.     

铝与铜异质板材自冲铆搭接接头的力学性能

通过试验方法研究了5052铝合金和H62铜合金异质材料搭接自冲铆接头的力学性能。获得了表征接头性能的力-位移曲线和载荷-寿命曲线,采用数理统计方法检验了数据的有效性。对接头强度、刚度、抗冲击性能、失效形式、失效机理进行了分析。结果表明:刚度随接头载荷而变化,疲劳强度随刚度的增大而增强,SCC接头静强度最高,SAA2次之,SAC高于SAA1接头,板材厚度、材质及铆钉长度影响接头静载强度,上板材质对接头强度影响更大,下板材质对接头抗冲击性能影响大于上板,板材厚度影响失效位移,静载失效形式皆为铆钉与下板分离;SCC接头疲劳性能最优,SAA2次之,SAC最小,微动滑移、板材厚度、材质影响接头疲劳强度,同种材料接头以下板断裂为主,异质材料接头较软板材断裂失效。     

基于三维离散元法的钢桥面铺装层间剪切模拟

为了研究钢桥面铺装层间剪切破坏行为,采用离散元方法,建立钢桥面铺装复合结构试件的三维数值模型;通过DSR试验,获得沥青砂浆30℃和60℃条件下的Burgers模型参数,并计算得到沥青砂浆的细观参数作为离散元模型的输入参数;通过数值模拟分析了30℃和60℃条件下的钢桥面铺装层间剪切行为,与室内剪切试验结果进行对比,并且分析钢桥面铺装层间粘结失效情况和裂缝发展情况。研究结果表明,离散元数值模型能够较好地模拟铺装体系复合结构层间剪切行为;在虚拟剪切过程中,集料单元与钢板单元之间的粘结最先开始失效,随着剪切位移的逐渐增大,裂缝沿着钢板和沥青铺装层界面不断发展,最终贯穿整个界面。粘结失效集中在钢板与沥青铺装层界面之间,沥青铺装层内部单元之间没有粘结失效。     

波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力研究

为研究波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力,考虑钢板厚度、钢板面层是否热浸镀锌等因素,对波纹钢板连接试件进行静力拉伸试验,并设计同等条件下平板连接试件试验为对照组.从试件的破坏模式、纵向接缝的滑移荷载、极限荷载、滑移位移和极限位移等方面进行分析.研究结果表明:热浸镀锌对连接试件的极限荷载基本无影响;当连接试件发生孔壁承压破坏时,波纹连接试件极限荷载比同等条件下平板连接试件高12%～20%,两者极限位移相差不大;当连接试件发生螺杆剪坏时,两者极限承载力基本相同,平板连接试件极限位移约为波纹板连接试件的1.3～1.7倍.通过规范计算结果与试验结果的对比分析,建议波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接的承载力偏于安全地按JGJ 99—2015计算.     

火焰法原位生长碳纳米管增强TC4的熔融粘接性能

以不锈钢网,预浸料和热塑性树脂薄膜构筑加热粘接植入体,利用脉冲电阻熔接技术连接TC4合金。以火焰法原位制备的碳纳米管(CNTs)作为熔接界面的增强剂,借助扫描电子显微镜和静态接触角测试仪分别对改性前后的TC4合金表面形貌和粗糙程度进行分析。对表面改性后的TC4合金进行熔融粘接,并对熔接件进行单搭接拉伸剪切试验,以评估接头的强度。结果表明:CNTs改性后的TC4合金表面元素类别及含量发生改变,粗糙程度增加,接触角从61°上升到127°。TC4合金表面的CNTs涂层与聚醚酰亚胺(PEI)树脂形成机械互锁结构增强熔接接头的力学性能,使最大剪切强度(LSS)提升65.3%。接头失效分析显示,CNTs的存在使失效模式从层间分离转变为植入体断裂。     

激光功率对AZ31B镁合金与DP780镀锌钢激光热传导搭接焊接头微观组织与力学性能的影响（英文）

采用离焦激光束对AZ31B镁合金和DP780镀锌钢进行了激光热传导搭接焊(LHCLW)。研究了激光功率对接头组织和力学性能的影响,通过检测接头的拉伸剪切强度和显微硬度、观察分析微观组织等方法来评价接头的优劣,并且分析了镁/钢界面各种物相的形成机理。结果表明,镀锌层通过改善熔融镁合金在钢界面上的扩散能力并与Mg发生反应,促进镁合金与钢的冶金结合,从而提高接头的强度。观察发现在接头界面处形成了连续致密的层状共晶组织(α-Mg+MgZn),焊缝边缘处和热影响区(HAZ)形成了MgZn₂和MgZn相,而无镀层钢与镁合金之间没有发生冶金反应。当功率为2.5 kW时,接头的拉伸剪切强度能够达到最大值,约为42.9 N/mm。然而,在2.6 kW时由于共晶反应层中产生了微裂纹而导致接头强度略有降低。     

高强钢板-螺栓连接副抗拉性能试验研究

为解决现有单边螺栓锚固不足和安装复杂的问题,提出一种高强钢板-螺栓连接副.将高强钢板焊成芯筒置于钢管柱内并开孔攻丝,采用普通高强螺栓即可实现与钢梁连接节点的单边张紧.为研究攻丝高强钢板替代螺母的可行性,考察连接副的极限抗拉性能和破坏模式,探讨能够与高强螺栓配合的最优钢板厚度,对一系列不同钢板厚度和螺栓强度等级的钢板-螺栓连接副进行单调抗拉试验研究.试验中选取Q460C、Q345B、45号钢三种钢材和M16、M20、M24三种规格10.9级高强螺栓作为研究变量.结果表明,Q460C和Q345B均可以作为45号钢的替代材料,同时满足高强螺栓的强度要求和钢结构的焊接要求,采用强度较高钢材可以减少连接副用钢量.为保证钢板-螺栓连接副不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q460C钢板厚度不宜小于螺栓公称直径d;Q345B钢板厚度不宜小于d+(1～2) mm,不宜采用贴焊加厚的叠合钢板.     

高温老化对CFRP/铝合金粘接接头失效的影响

为了揭示碳纤维增强复合材料(CFRP)/铝合金粘接接头在高温环境中的老化失效规律,加工了处于剪应力、拉应力和拉剪组合应力状态的粘接接头,在高温(80℃)环境中分别进行了10、20、30、40、50天的老化测试,分析了失效强度、失效模式的变化规律,建立了失效准则响应面。结果表明:随着拉应力比例的增加,失效强度下降更明显,下降趋势由二次多项式向线性转变,失效模式由内聚失效转变为内聚、纤维撕裂和界面失效的混合失效模式,这主要是由CFRP老化引起的;失效准则响应面平均误差为3.0%,能够对不同应力状态下的接头进行失效预测。因此,在粘接结构中降低拉应力比例能够提高承载能力,同时在失效预测时需要考虑不同应力状态的影响。     

铝钛复合耳片结构设计及可靠性分析

飞机耳片接头是传递载荷的关键部位,为了提高耳片接头的安全性,在保证满足静强度、疲劳等设计要求的前提下,提出了不同金属材料复合连接耳片结构设计技术。对耳片结构从破损安全设计和寿命可靠性分析方面进行了研究;针对某飞机接头耳片,基于破损安全设计理念及变形协调设计原则,提出了复合连接耳片的设计方法,并依据所提方法确定了"铝-钛-铝"厚度比例为0.8∶1∶0.8单耳设计方案,进而开展了静力学、损伤容限设计及寿命可靠性分析。结果表明:所提出的铝钛复合耳片结构设计方案可满足静强度和损伤容限要求,且与常规耳片结构对比,复合耳片在质量仅增加4.9%的情况下结构任务寿命失效概率大幅降低。论文所提方法可用于指导复合耳片的结构设计。     

冷弯薄壁型钢单颗自攻螺钉抗剪连接性能研究

为研究中国规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）计算壁厚2mm以下钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的适用性和钢板-非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承载力设计方法,对钢板-钢板、钢板-石膏板以及钢板一定向刨花板（OSB板）连接件共计34个试件进行了试验研究,分析了板材类型、螺钉端距等因素对连接件抗剪承载力的影响,并将中国规范、英国规范和北美AISIS100—12规范计算结果与试验结果进行对比分析,最后提出钢板-非钢板单颗自攻螺钉连接抗剪承栽力设计方法。研究结果表明：钢板-OSB板、钢板-石膏板连接件破坏模式为OSB板与石膏板发生承压破坏,且具有明显的方向性;随螺钉端距的增大,试件抗剪承栽力有所提高;中国规范GB50018-2002适用于壁厚2mm以下冷弯薄壁型钢板自攻螺钉连接抗剪承载力的设计计算,且偏于安全。     

钢筋套筒灌浆连接拉伸性能的精细有限元分析

为了揭示钢筋套筒灌浆连接接头的细观工作机理和内部灌浆料的开裂、破坏过程，利用DIANA 10.3有限元软件建立接头试件的肋尺度精细化有限元模型，研究轴向拉伸荷载下接头的连接性能.结果表明，利用该模型能够准确地反映接头试件的破坏模式、极限承载力、荷载-位移曲线及钢筋和套筒的轴向应变分布规律；钢筋锚固区灌浆料中的圆锥状裂缝与接头轴向呈35°～45°夹角分布；灌浆键的剪切破坏会导致钢筋的机械咬合作用失效，造成套筒有效约束面内移；布置在钢筋自由端的套筒肋无法充分发挥对灌浆料的止推作用；纯灌浆段无法形成锥面斜压杆应力传递机制.     

冷弯薄壁型钢结构体系中自攻螺钉连接的抗剪性能试验研究

为了研究钢板与钢板、钢板与定向刨花板(OSB板)以及钢板与硅酸钙板(CSB)之间(自钻)自攻螺钉连接的抗剪性能,对32个螺钉连接试件进行了试验研究,研究了螺钉连接试件的受力过程和受力模式,分析了钢板厚度、板材受拉纤维方向的差异、加载速度以及螺钉至板材边缘距离等参数对试件受剪承载力的影响.试验结果表明:钢板与钢板连接的破坏形态为螺钉孔处钢板局部承压和螺钉头被剪断;钢板与OSB板连接最终发生自攻螺钉的过度倾斜和OSB板端部的劈裂分层;钢板与CSB板连接的破坏模式为自攻螺钉处CSB板被净截面拉断.随着钢板厚度以及螺钉至板材边缘距离的增加,自攻螺钉连接的受剪承载力有所提高;随着加载速度的增加,钢板与钢板连接以及钢板与CSB板连接试件的受剪承载力略有增加,钢板与OSB板连接试件的受剪承载能力出现一定降低.OSB板与CSB板的方向性导致纵向纤维受拉试件的受剪承载力明显高于横向纤维受拉试件.     

疲劳荷载下锈蚀钢筋混凝土粘结性能研究

为研究复合作用对混凝土与钢筋间粘结性能的影响,设计制作了一批变形钢筋混凝土粘结试件.在疲劳和加速锈蚀同时进行后,通过粘结试件的拔出试验得到混凝土与钢筋间粘结应力-滑移曲线,分析了复合作用对粘结应力-滑移曲线影响,并且总结了钢筋混凝土粘结试件破坏模式.试验研究表明:在复合作用下,钢筋混凝土试件的失效模式大致可分为两类:劈裂破坏、剪切破坏.其中低循环疲劳荷载作用下的试件多出现劈裂破坏,而高循环疲劳荷载作用下的试件多为剪切破坏;在单一因素作用下,试件的粘结应力分布基本呈"单峰"分布,而在复合作用下,应力分布曲线呈"双峰"分布;复合作用后,极限粘结应力及试件破坏时滑移值都出现了一定程度的降低.     

装配式结构套筒灌浆连接的混凝土结合界面直剪性能试验研究

研究灌浆层厚度、纵向钢筋、配筋率、轴向压力等因素对直剪荷载作用下套筒灌浆连接的混凝土结合界面裂缝开展、破坏形态、直剪剪切强度、裂缝-滑移曲线以及荷载-滑移曲线的影响. 试验结果表明：对于无纵向钢筋试件结合界面,灌浆层厚度为1、10 mm界面的破坏荷载均值分别是灌浆层厚度为20 mm界面的1.69、1.14倍;对于纵向配筋结合界面,配筋率为0.9%、1.8%的试件界面破坏荷载均值分别是无筋试件界面的1.58、1.89倍,且结合界面直剪破坏延性显著提高,但由于未配箍筋,最终破坏形态为混凝土被纵向钢筋劈裂破坏,降低了结合界面的直剪剪切强度和延性;对于施加轴向压力试件,轴向压力为11.6、23.2 MPa的试件界面破坏荷载分别为无轴压试件界面的6.06、7.81倍,在23.2 MPa轴向压力下,破坏模式转化为界面破坏后的现浇部分混凝土本体破坏.     

方钢管灌浆连接节点轴压性能试验研究

模块装配式钢结构中不同模块间的连接方式对节点的承载能力和结构整体安全有着重要影响.借鉴海上风机桩-基础连接对已有的钢模块间方钢管梁柱节点连接方式进行改进，提出一种带有抗剪键的灌浆连接方式.为了研究灌浆连接抗剪键设置准则，设计了7个方钢管灌浆连接试件并进行了轴压测试，研究了抗剪键的高度h和间距s对试件极限承载能力的影响，并调查了各试件的破坏模式.研究结果表明，外套筒钢材的强度需要和灌浆料强度进行适度的匹配.此外，增加抗剪键的数量可以显著提升试件的极限承载能力，但随着h/s变小，抗剪键提升承载能力的效率会降低.抗剪键数量一定的情况下，适当的增加抗剪键间距s能够略微提升试件的极限承载能力.     

改性沥青粘层材料的配制和粘接性能研究

以SBS、环氧树脂为主要改性剂,配制了SBS、环氧树脂改性沥青粘层材料,并对它们的剪切强度、水泥混凝土-沥青混凝土、钢板-沥青混凝土层间粘接强度进行了试验研究.结果表明,采用改性沥青粘层材料,可大幅度地提高层间粘接强度.