单双搭接接头经高温老化后的失效对比

为了对比研究单双搭接接头在高温老化后的失效情况,加工制作了一批Al-CFRP单搭接接头和Al-CFRP-Al双搭接接头。选取80°C高温老化周期0、10、20、30d,并在-40、20、80°C环境下进行准静态拉伸试验,建立一元回归与二元回归模型,分析总结搭接接头失效强度与失效形式变化规律,揭示老化机理。结果表明：老化时间的增加和服役温度的升高都会造成接头失效强度显著下降,服役温度比老化时间对失效强度的影响更大、相关性更高;双搭接接头失效强度明显高于单搭接接头,在工程应用中,在一定条件下可以用双搭接连接来代替单搭接连接以获取更大的承载能力。随着老化时间的增加,搭接接头失效形式从内聚失效变为混合失效并伴随纤维撕裂的出现,老化时间越长,纤维撕裂越明显,通过SEM电镜观察到老化后的CFRP树脂明显减少,CFRP基体与树脂间结合力降低,导致其更容易发生纤维撕裂现象。     

基于FTIR分析的CFRP-铝合金粘接接头剩余强度预测

对CFRP-铝合金粘接接头在湿热环境下的老化行为及机理进行了研究.将接头在80℃/95％相对湿度环境下老化不同周期,然后进行准静态拉伸、剪切测试.分析总结接头剩余强度及失效形式变化规律,并结合胶粘剂红外光谱分析,揭示老化机理.结果表明:湿热老化造成接头强度显著下降,变化规律近似服从指数函数;老化前、后接头断面均以内聚失...     

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。     

铜钢板压印-粘接复合连接的静力学性能及失效机理分析

为深入研究铜钢板压印-粘接复合连接的静力学性能和失效机理,本文选取铜合金H62同种组合及与镀锌钢的异种组合进行单搭及T型试件压印-粘接复合连接,借助MTS材料试验机对试件进行拉伸-剪切试验及剥离试验,采用SEM扫描电镜对典型失效断口进行微观分析,分析试件的失效强度及失效模式,测试铜合金压印-粘接复合连接接头的静力学性能,结果表明:铜钢板压印-粘接复合连接的抗剪切强度远优于抗剥离强度,且其接头强度主要由粘接剂决定,失效模式取决于压印结构成型情况.H62-H62压印-粘接复合接头的抗剪切力强度均值为5 021.52 N,抗剥离强度均值为943.05 N,接头为拉脱失效伴随轻微擦伤;H62-镀锌钢压印-粘接复合接头的抗剪切强度为H62-H62接头的1.2倍,失效模式为颈部断裂;抗剥离强度为H62-H62接头的2.3倍,接头为"上板撕裂"失效.     

湿热环境对Sikaflex-265铝合金粘接接头失效强度的影响

为了研究湿热环境对车辆上粘接结构机械性能的影响,本文选取4个温度点和5个湿度点进行组合,对单搭接接头进行了试验测试。通过对试验数据进行统计分析,获得了接头平均失效强度随温度和湿度的变化规律。利用响应面分析判断湿热环境对接头失效强度影响的显著性,并获得了环境因素对试验结果影响的合理数学模型。研究结果表明:接头平均失效强度在一定湿度水平下随温度增加呈指数衰减,在一定温度水平下随着湿度增加呈二次多项式衰减,且温度对接头平均失效强度的影响更加显著。     

高低温老化对碳纤维增强复合材料层间力学性能的影响

为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)层间力学性能在温度环境中的老化失效行为,设计了CFRP层间拉伸、层间剪切和弯曲实验,选取高温(80℃)、低温(-40℃)和高低温循环(-40℃～80℃)3种老化环境,分别进行0(未老化)、5、10、15、20、25、30天的老化实验,采用傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)和差示扫描量热法(DSC),对CFRP老化前、后的化学成分变化和玻璃态转换温度(Tg)进行测试分析,并测试分析了CFRP层间失效强度随老化时间的变化规律,通过宏观断面和微观分析揭示层间性能的老化作用机理。结果表明:在高温和高低温循环老化作用下,通过FTIR发现CFRP官能团的变化趋势和程度大致相同,并且通过DSC发现CFRP老化后发生了化学键的断裂。高温和高低温循环老化后CFRP层间力学性能总体上发生了一定程度的退化,且衰减幅度比较接近,发现CFRP撕裂主要是纤维/基体界面开裂引起的,纤维发生断裂并且纤维表面比较光滑,说明老化使纤维丝与基体的界面结合力显著下降。但是,低温老化对CFRP层间性能的影响不明显。     

纤维缠绕CFRP圆管强度特性研究

目的 研究用纤维的不同铺层方式缠绕的CFRP圆管拉伸与压缩强度的特性.方法 采用各向异性弹性力学的方法,结合复合材料层合理论,研究了纤维缠绕层合圆管的应力分析和变形分析方法,分析了由碳纤维复合材料(CFRP)构成的圆管的强度.并采用纤维缠绕成型工艺,设计了两种尺寸的CFRP圆管,铺层方式均为[(900/00)2]S,通过对CFRP圆管进行压缩和拉伸实验,着重研究CFRP圆管在这两种受力状态下直至破坏的应力-应变关系,极限强度以及材料宏观破坏模式.结果 铺层方式为[(900/00)2]S 的CFRP圆管抗拉极限强度和应变远大于其抗压极限强度和应变,但这两种状态下CFRP圆管的弹性模量大致相当,且破坏模式均为脆性破坏.结论 理论分析结果与试验结果进行比较,验证了理论分析结果是可靠的.     

应力三轴度和Lode角的舰用钢动态失效准则

准确获得舰用钢的失效特性是开展爆炸冲击等载荷作用下舰船毁伤评估的重要前提,应力三轴度和Lode参数是衡量材料应力状态的重要参量.为综合考虑应力状态、应变率和温度对舰用钢失效特性的影响,将考虑应力状态的MMC准则与考虑应变率、温度效应的J-C断裂准则相结合,提出了基于应力三轴度和Lode角的典型舰用金属动态失效准则,基于ABAQUS平台开发了VUMAT材料子程序,给出了动态失效准则的一般流程和实现方法.最后,通过开展一级轻气炮发射弹体侵彻2 mm厚舰用低碳钢穿甲试验,获得弹体侵彻钢板前后的速度变化,结合弹体侵彻钢板后剩余速度的比较对失效准则的有效性进行了验证.结果表明,考虑应力三轴度和Lode角的动态损伤失效准则能有效预测舰用金属材料的动态损伤失效,新模型较常用的J-C断裂准则在预测弹体剩余速度方面具有更高准确性.新准则可用于预测爆炸、冲击和侵彻等载荷作用下舰船结构爆炸破口尺寸、破坏模式、弹体剩余速度等.     

开孔三维编织复合材料强度预测及应力分析

由缺陷引起的应力集中是复合材料结构件使用时需要考虑的工程问题。三维编织复合材料相对于传统复合材料具有优异的损伤容限性能。首先对含缺陷前后三维(3D)编织复合材料的拉伸性能进行试验研究,并通过FGM(fabric geometry model)对其他方向材料性能进行预测。然后基于Abaqus有限元对开孔后孔周边应力分布进行分析,并和Lekhnitskii理论进行了对比,同时对沿孔垂直于在载荷方向应力分布进行了观察。分别基于传统平均应力准则和点应力准则以及基于不同失效准则的渐进失效理论对含开孔三维编织复合材料强度进行预测,并与试验结果进行了对比。结果表明,点应力准则可以很好的预测3D编织复合材料含缺陷拉伸强度,而渐进失效分析可以模拟拉伸过程中的损伤起始,损伤扩展和最终破坏模式。     

CFRP粘接加固正交异性钢桥面板界面破坏机理研究

对碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer, CFRP)粘接加固正交异性钢桥面板界面性能进行了研究。采用考虑损伤因子的疲劳内聚力模型建立CFRP粘接加固正交异性钢桥面板有限元模型,采用二次名义应力准则判断界面损伤起始位置,根据幂法准则判断界面损伤破坏。以安庆长江公路大桥正交异性钢桥面板为研究背景,通过有限元模拟研究CFRP粘接加固正交异性钢桥面板界面破坏情况和应力分布。结果表明：CFRP粘接加固正交异性钢桥面板在盖板-U肋焊缝处首先发生界面破坏,随着荷载循环次数的增大,胶层破坏逐渐向纵肋和桥面板两端延伸,且界面破坏经过弹性阶段、软化阶段和界面破坏阶段3个阶段。