胶-螺混合连接结构的传力分析

建立了胶-螺混合连接结构的有限元模型,并进行了传力分析研究。利用粘聚区模型模拟胶层的失效过程,并考虑了金属结构的塑性变形。同时,通过胶接、机械连接及胶-螺混合连接三种形式分别进行了方法的验证,试验结果和模拟结果吻合较好,证明了所采用的胶-螺混合连接分析方法的有效性。另外,分别建立了单钉和双钉胶-螺混合连接结构模型,分析发现相对于胶接结构,单钉混合连接结构的承载能力并不会有明显提高。同时发现两钉胶-螺混合连接中两螺栓外侧的胶层由于较大的面外力会很快发生破坏,而两螺栓内侧的胶层由于螺栓的法向作用使得其只受纯剪切力,从而提高了该区域胶层的承载能力。鉴于此对混合连接构型进行了改进设计,很好地提高了连接强度。     

钢铝压-胶复合连接接头力学行为与失效机理研究

在钢铝压印连接界面之间加入胶粘剂,能有效提高接头性能,但接头的力学行为与失效机理非常复杂.以双相高强钢板DP590和铝合金板6061-T6为连接材料,对钢铝压-胶复合连接接头的力学行为和失效机理进行了有限元模拟和试验研究.基于ABAQUS有限元分析软件,采用GTN(Gurson tvergaard needleman)模型+内聚力(Cohesive zone)模型的混合失效模型,模拟了压-胶复合连接接头的成形和失效行为.通过压印连接、胶接以及压-胶复合连接接头的搭接剪切试验,对比分析了以上3种接头的失效模式和力学行为.结合压-胶复合连接接头的胶粘剂分布规律和胶层失效过程,揭示了压-胶复合连接接头的失效机理.     

飞机桁条-蒙皮连接结构的接触应力研究

飞机结构是由零部件通过铆接、螺接、胶接和焊接连接而组成的。连接区域应力分布情况及应力水平的研究对飞机结构的强度校核及连接区的失效破坏形式的预判有着重要的意义。基于非线性接触力学理论,利用MSC.Patran/Nastran有限元分析软件对机翼结构中复合材料桁条-蒙皮连接结构进行了研究。研究内容包括:各排钉孔的最大等效应力和钉传载荷的分布情况;对飞机桁条-蒙皮的两种连接方式,基于非线性接触理论,分别建立了桁条-蒙皮的螺接连接结构和胶-螺混合连接结构,对比了两种结构的等效应力水平大小与分布。得出以下结论:板间厚度比对孔周接触域的应力集中系数和应力分布的影响较大;处于外侧两排铆钉孔传递较大的钉传载荷,中间排的铆钉孔的钉传载荷较小;不同的连接形式对孔周应力水平影响较大。     

碳纤维复合材料与铝合金胶铆混合连接力学性能可靠性研究

胶铆混合连接是融合了胶接与铆接的一种新型连接形式,具备优异的力学性能。但是由于设计参数众多、制造工艺复杂,混合接头性能存在较大的波动性,难以保障其可靠性。所以需要对影响结构可靠性的关键参数进行识别与优化,从而控制混合连接的加工质量波动。研究提出一套基于三维有限元仿真的铝合金-碳纤维复合材料接头力学性能关键参数的识别与优化方法,通过构造高精度的三维有限元仿真模型,在力学仿真中引入来自材料、几何和装配的多个试验量化不确定源,实现了力学响应随机性预测。在此基础上,采用基于多项式混沌展开与Sobol指标结合的灵敏度分析策略,量化各参数对接头力学响应的相对贡献,识别出胶层厚度、搭接长度、碳纤维复合材料厚度和孔的纵向位置是对该混合连接接头最重要的四个参数。通过优化重要参数,使接头力学性能的可靠性达到设计要求。结果表明,该方法能在考虑参数不确定性的情况下,有效、准确地确定混合连接接头的重要参数,并用于提高混合连接的设计效率和质量。     

铆接面对飞机关键接头力学性能的影响研究

文中采用试验测试结合有限元仿真分析的方法,针对某小飞机机身与机翼关键接头,研究了加强筋铆钉连接的接触面与关键接头附近应力分布的关系,并进一步分析了高强度胶处理接触面对应力分布的影响作用。研究表明：当铆钉连接的两接触面接触不紧密时,接头传力性能较差,接头处易出现较大的应力集中,从而影响其结构力学性能;高强度胶粘接接触面可以大幅提高铆钉连接的传力性能,使接头附近应力集中大幅减小,从而改善其结构力学性能。     

镁合金激光胶接焊接头微观及力学性能

采用激光胶接焊焊接镁舍金，利用现代测试手段分析接头的微观组织特征，并分别研究激光焊、胶接和激光胶接焊3种接头在相同工艺参数下的剪切力和抗剥离力，在较好的工艺参数下，激光胶接焊焊缝成形良好。在激光热源的作用下，焊缝区内胶层受热分解并以气体形式逸出焊缝，并未影响焊缝的组织熔舍；焊缝边缘附近胶层炭化裂解，存在胶层失效区，虽减小胶层的承载面积，但该区域很窄，对接头的实际承载能力影响不大。激光胶接焊接头剪切力最大，胶接接头次之，激光焊接接头剪切力最小；激光胶接焊接头的抗剥离力远大于胶接接头的抗剥离力。激光胶接焊有效提高接头的实际承载能力，因此具有很大的发展潜力。     

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。     

胶接-胀接新工艺的应用

在管壳式换热器钢制管板与紫铜换热管连接时，无论采用焊接还是胀接，经常出现的问题是泄漏和渗漏。本文从连接接头型式入手，成功地将胶接-胀接新工艺应用于生产过程中，解决了泄漏和渗漏的问题，提高了产品质量，也得到了用户的认可，此工艺简单、易行、可靠、具有推广价值。     

复合材料螺接力学行为精细化有限元分析方法

针对航空用纤维增强树脂基复合材料螺栓连接的力学行为研究难题,采用有限元软件二次开发的方法,提出了涵盖层合板高效建模、扭矩与预紧力关系、钉孔配合间隙与滑移过渡段、渐进损伤判断与性能退化等方面的精细化有限元分析模型。提出了基于应变等效原理的紧固件预紧力-扭矩试验测试方法,降低了紧固件预紧力-扭矩转换精度对数值模拟精度的影响。提出了基于修改螺栓头与层合板接触平面摩擦因数的方法以实现对含钉孔配合间隙的复合材料螺接接头的力-位移响应在滑移过渡段的较好模拟。复合材料单搭接螺接接头单剪试验和有限元预测的力-位移曲线对比结果显示极限载荷最大预测误差为17.2%,证明了所提方法能有效地预测复合材料单钉/多钉螺接结构的力学性能演变规律,且所提方法提高了预测结果与试验结果的匹配度,提升了有限元分析的效率,为航空先进复合材料连接结构的力学行为分析奠定了建模技术基础。     

弹载SAR波导断裂故障分析

针对弹载SAR波导断裂故障,从传力路径分析入手排查故障原因.通过故障机理分析寻求解决方案,并通过环境适应性力学仿真验证改进措施的有效性.分析结果表明,采用90°E弯软波导代替硬波导实现变形协调,断开硬波导之间的传力路径,波导组件内部应力降低为原来的1/3左右;软波导的弯曲刚度远低于拉伸刚度,采用弯角软波导比直线软波导更有利于变形协调.     

装载机焊接接头的疲劳强度及焊缝尺寸的影响

装载机的工作装置主要为焊接结构，本文根据某新型国产装载工作装置的实际结构，模拟简化了七种焊接接头，试验研究了这些接头的疲劳强度，给出了不同接头的１０条Ｓ－Ｎ曲线，同时还就焊脚尺寸对不同载荷形式下十字接头及丁字接产砂疲劳强度的影响进行了研究，对不同载荷形式临界焊脚尺寸的大小进行了讨论；并根据试验所得Ｓ－Ｎ曲线及国产装载机动臂的实际载荷谱，对三种机型动臂的疲劳寿命进行了估算，估算结果有力地支持了国产新     

变幅载荷下超声冲击处理焊接接头的疲劳行为

为研究变幅载荷作用下超声冲击处理焊接接头的疲劳行为,采用非承载纵向角接接头进行了Q235B及16Mn钢原始焊态与超声冲击处理态的对比疲劳试验。试验结果表明：①在变幅载荷作用下,Q235B超声冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高69%左右,疲劳寿命延长5.7～19.0倍。②在变幅载荷作用下,16Mn超声冲击处理试件与原始焊态试件相比,疲劳强度提高80%左右,疲劳寿命延长2.5～17.0倍。③在变幅载荷作用下,超声冲击处理焊接接头与原始焊态试件的疲劳性能均有所下降：Q235B超声冲击处理焊接接头的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的1/3,原始焊态的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的70%;16Mn超声冲击处理焊接接头的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的1/3,原始焊态的疲劳寿命约为恒幅载荷作用时的75%。④超声冲击处理焊接接头在承受强烈的变幅载荷时依然具有很高的疲劳强度。     

法兰环切口对连接力学行为的影响分析

按工程简化方法设计的法兰连接结构偏于保守,不能满足结构轻量化的设计要求.根据受载时法兰环中应力分布不均匀的情况,可以通过在法兰环上预制切口提高结构效率,为研究在法兰环上预制切口对连接力学行为的影响,采用三维非线性有限元法,对三种带切口和无切口法兰进行力学分析和讨论.研究结果表明,预制切口对连接力学行为有影响;预制切口后,局部连接刚度改变,法兰弯曲和扭转变形增大,连接面张口间隙和弯曲应力均增大,切口体积是影响上述变化的主要因素;预制切口对接触面应力分布有影响,切口能够改善接触应力的均匀化程度.     

镍铝青铜焊丝进行镁/镀锌钢板点焊的焊接性分析*

以镍铝青铜焊丝为填充材料,对AZ31B镁合金/镀锌钢板进行冷金属过渡点塞焊试验研究,分析镁板上孔直径对镁钢点塞焊接头力学性能的影响.并通过分析焊接接头微观组织及其元素分布状况来研究其连接机理。研究结果表明：使用镍铝青铜焊丝能够得到焊缝美观的镁/镀锌钢异种金属的连接接头。镁/钢板焊接接头的焊缝主要由α-Cu和CuAl₂组成,熔合区由镁的固溶体α-Mg以及Al₂Cu₃Mg₂和Mg₂Cu混合的金属间化合物组成。镁板上孔的直径对镁钢接头性能有很大的影响。随着镁板孔径的增大,镁钢点塞焊接头的最大抗拉载荷先增大后减小,且当镁板孔径为5 mm时接头的最大抗拉载荷达到最大为3.4 kN。焊缝金属和镁母材的连接处即熔合区存在大量脆性金属间化合物,使得镁/钢接头整体力学性能较差。     

单搭接接头胶层间隙对强度和应力的影响

研究单搭接接头胶缝中预留间隙对接头拉剪强度和应力分布的影响。结果表明,随着间隙长度的增加,接头的承载能力趋于减小,但接头的实际剪切强度却持续上升;当间隙长度继续增加时,接头的实际强度趋于下降。研究中还发现间隙所处的位置对接头的抗剪强度有较大的影响,胶层端部预留间隙使接头的承载能力和实际强度均显著下降。有限元数值分析结果表明,间隙长度超过某特定值后胶层中的应力集中程度会急剧上升,间隙位于端部时胶层中的应力集中程度明显高于位于中部的场合。     

MODELLING OF TWO-FLEXIBLE-ARM MECHANISM WITH ELASTIC JOINTS

ＭＯＤＥＬＬＩＮＧＯＦＴＷＯ－ＦＬＥＸＩＢＬＥ－ＡＲＭＭＥＣＨＡＮＩＳＭＷＩＴＨ　ＥＬＡＳＴＩＣＪＯＩＮＴＳＭＯＤＥＬＬＩＮＧＯＦＴＷＯ－ＦＬＥＸＩＢＬＥ－ＡＲＭＭＥＣＨＡＮＩＳＭＷＩＴＨＥＬＡＳＴＩＣＪＯＩＮＴＳＺｈｏｕＪｉａｎｒｕ；ＺｈａｏＸｉｆ...     

汽车钢板胶焊接头的计算模型及其应力场特征研究

基于对胶焊接头局部结构和硬度分布的分析,建立了胶焊接头的计算模型。同时,对胶焊搭接接头拉伸剪切试验的载荷—位移曲线作了讨论。采用所建立的模型进行有限元计算,获得了两种弹性模量胶粘剂胶焊接头和单纯点焊接头的应力场,所得结果证实了计算模型模拟胶焊接头的有效性。     

多层烧结超硬磨料工具现状综述与未来发展构想

综述了当前针对多层烧结超硬磨料工具磨料易脱落、磨料出刃难、磨料出刃后出露程度保持难以及磨料的随机分布导致工作面上磨料负荷与磨削过程的失衡所采取的相关对策与措施。介绍了已开发成功的新一代单层钎焊超硬磨料工具及其带来的启示。提出了以钎焊代替烧结,借鉴多孔金属材料生产工艺开发磨料与孔穴三维协同择优排布制造多层烧结超硬磨料工具换代产品的新构想。     

Design and fabrication of miniature compliant hinges for multi-material compliant mechanisms

Multi-material molding (MMM) enables the creation of multi-material mechanisms that combine compliant hinges, serving as revolute joints, and rigid links in a single part. There are three important challenges in creating these structures: (1) bonding between the materials used, (2) the ability of the hinge to transfer the required loads in the mechanism while allowing for the prescribed degree(s) of freedom, and (3) incorporating the process-specific requirements in the design stage. This paper presents the approach for design and fabrication of miniature compliant hinges in multi-material compliant mechanisms. The methodology described in this paper allows for the concurrent design of the part and the manufacturing process. For the first challenge, mechanical interlocking strategies are presented. For the second challenge, the development of a simulation-based optimization model of the hinge is presented, involving functional and manufacturing constrains. For the third challenge, the development of hinge positioning features and gate positioning constraints is presented. The developed MMM process is described, along with the main constraints and performance measures. This includes the process sequence, the mold cavity design, gate selection, and runner system development. A case study is presented to demonstrate the feasibility of creating multi-material mechanisms with miniature hinges serving as joints through MMM process. The approach described in this paper was utilized to design a drive mechanism for a flapping wing micro air vehicle. The methods described in this paper are applicable to any lightweight, load-bearing compliant mechanism manufactured using multi-material injection molding.     

J 积分在非均质焊接接头弹塑性断裂研究中的应用

应用弹塑性有限元法分析了J积分方法用于非均质焊接接头安全性评价的两个疑难问题：证实了J积分对于用来模拟一些典型的焊接接头的、裂纹平行于界面的软夹硬不均匀体仍然路径无关,而且J积分的能量率表达式仍危害适用。本文还对这种不均质条件下J积分的路径无关性进行了数学证明。探明了软夹硬不均匀体力学性能不均匀性对J积分值的影响规律：硬夹层两侧软区的屈服倾向于使J积分值增高;由于软区的屈服程度因硬夹层相对宽度h/2a而异,h/2a越小,相同载荷作用下的J积分值越大。