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.     

搭接长度对胶焊接头应力分布的影响

采用三维弹塑性有限元方法,对采用酚醛树脂和丙烯酸酯两种胶粘剂的胶焊单搭接头,研究了其搭接长度对接头中应力分布的影响,计算结果表明,酚醛树脂胶粘剂焊接头,搭接区边缘应力值高于焊点边缘应力值,丙烯酸酯胶粘剂的胸焊接头中,焊点边缘应力远高于搭接区边缘应力,搭接长度增大时,两种胶粘剂胶焊接头搭接区内,焊点边缘和搭接区边级处的峰应力值都减小,增中搭接长度可以提高胶焊接头的强度。     

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.     

搭接长度对平纹机织复合材料胶接结构连接性能影响的多尺度分析

针对平纹机织复合材料层合板,首先基于均匀化方法确定细观模型的性能参数,其次采用Hashin准则分析细观模型损伤过程,最后引入连续损伤力学模型和内聚力模型建立层合板胶接结构宏观模型。研究结果表明,平纹机织复合材料层合板的数值曲线与试验结果吻合较好,验证多尺度模型的有效性;搭接长度在5～15 mm时,随着搭接长度的增大,单搭和双搭胶接结构的极限失效载荷逐渐增大,并趋于稳定,而搭接剪切强度逐渐减小;单搭和双搭胶接结构的失效形式随着搭接长度的增大逐渐由胶层剪切失效过渡到层间分层失效;相同搭接长度下,与单搭胶接结构相比,双搭结构的极限失效载荷较大。基于均匀化方法、Hashin失效准则、内聚力模型和连续损伤力学模型,提出一种平纹机织复合材料多尺度模型,对结构性能设计和使用寿命具有重要意义。     

板厚对不同胶粘剂胶焊单搭接头中应力分布影响的数值分析

采用三维弹塑性有限元分析方法,研究了板厚对胶焊单搭接头中有效应力分布的影响。计算结果表明,板厚对不同胶粘剂胶焊接头中的有效应力分布有不同影响。对酚醛树脂胶粘剂胶焊接头,搭接区边缘应力高于焊点边缘,搭接区边缘是裂纹的起裂位置;随板厚增加,搭接区边缘的峰应力减小而焊点边缘应力变化不大,使应力分布趋于均匀,对提高接头强度有利。对丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头刚好相反。     

板厚对不同胶粘剂胶烛单搭接头中应力分布影响的数值分析

采用三维弹塑性有限元分析方法,研究了板厚对胶焊单搭接头中有效应力分布的影响。计算结果表明,板厚对不同胶粘剂胶焊接头中的有效应力分布有不同影响。对酚醛树脂胶粘剂胶焊接头,搭接区边缘应力高于焊点边缘,搭接区边缘是裂纹的起裂位置;随板厚增加,搭接区边缘的峰应力减小而焊点边缘应力变化不大,使应力分布趋于均匀,对提高接头强度有利。对丙烯酸酯胶粘剂胶焊接头刚好相反。     

胶焊接头的三维弹塑性应力分析

采用三维弹塑性有限元方法,数值分析了胶焊搭接接头的应力分布,并与点焊接头、胶接接头的应力分布情况相比较。结果表明,胶焊接头搭接区中应力分布均匀,其焊点内部不存在点焊接头焊点中所具有的高应力,消除了点焊接头中焊点边缘处的应力集中。胶焊接头的应力分布特征与胶接接头十分相似。由应力分析预测的接头强度与已有的试验结果一致。     

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。     

有间隙胶接劈裂接头应力分布的数值模拟

建立了有间隙胶接劈裂接头的有限元模型，并运用弹塑性有限元法，研究了间隙位置和长度对劈裂接头胶层中部应力分布的影响。研究结果表明：合理的间隙不仅对劈裂接头的应力峰值和接头的承载能力无明显影响，而且有利于提高接头的胶接质量；间隙的中心位置对接头的应力峰值影响显著，而间隙长度对接头的应力峰值无明显影响；当接头末端无胶层时，因应力峰值显著增大，可能导致接头的名叉强度降低。     

一种考虑胶瘤的胶接简化有限元模型:应力与刚度分析

胶接接头中总存在胶瘤,由于建模复杂,胶接接头有限元分析中胶瘤常被忽略.但胶瘤能减少峰值应力,提高结构强度和刚度.为此,提出一种简化的胶接有限元模型,即用壳单元代表胶瘤,体单元代表被粘体和胶层,并用弹性理论建立壳单元等效厚度公式.以体单元精细模型结果作为对比的真实解,考察五种载荷工况下,单搭接头简化有限元模型的胶层应力和刚度.分析表明,壳单元等效厚度公式正确,胶接简化有限元模型精度高,可用于诸如汽车等大型结构中;用壳单元简单模型可定量分析胶瘤大小和形状对接头应力和总体刚度性能的影响.     

孔蚀对老旧飞机搭接件结构完整性的影响

通过对一架服役20多年的退役飞机分解检查,分析搭接件的腐蚀状况,发现搭接件外表面光滑,而搭接面腐蚀很严重。利用三维有限元法分析腐蚀产物的“楔人效应”,得到最大主应力点的位置,是可能的起裂点。通过分析不同尺寸的半球形蚀坑和不同长短半轴比值的半椭球形蚀孔应力应变分布的影响,探讨搭接件疲劳裂纹的可能扩展方向,讨论局部孔蚀对搭接件结构完整性的影响。     

复合材料板与金属板榫槽粘接结合有限元分析

榫槽连接是航空结构中常用的一种连接形式。通过对金属板和复合材料板的榫槽粘接部位进行有限元计算，分析简单拉力作用下连接部位的应力分布以及金属板和复合材料板尺寸对最大等效应力的影响。通过比较发现，在所考察范围内榫槽长度、粘接层厚度和板宽度等因素对模型等效应力的影响并不十分显著，而两种材料板之间的相对厚度对最大等效应力影响较大，随着金属板厚度的增大，整个榫槽连接结构的最大等效应力有所减小。     

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。     

基于奇异性理论的金属单搭粘接接头强度分析

为研究不同金属材料对单搭粘接接头强度的影响,基于奇异性理论,获得了铝合金-铝合金单搭粘接(AA)接头、钛合金-钛合金单搭粘接(TT)接头、铜合金-铜合金单搭粘接(HH)接头和钢-钢单搭粘接(SS)接头奇异点处奇异性指数的解析解,通过应力奇异性有限元模型,获得了单搭粘接接头奇异点处奇异性指数的数值解和应力强度因子。结果表明:奇异点处的奇异性指数和应力强度因子随着金属材料弹性模量的增大而减小,单搭粘接接头强度随着金属材料弹性模量的增大而增大。     

点焊搭接接头中的应力分布及接头疲劳行为研究

基于实际点焊接头硬度分布的分析,建立了包括熔核,热影响区和母材的单点点焊搭接接头计算模型。用三维弹塑性有限元分析方法,全面分析了点焊搭接头的应力分布情况。分析结果表明：接头搭接区内表面上焊点边缘处的应力集中是接头高周疲劳裂纹起裂和扩展的决定因素。焊点边缘附近区域中的存在的高应力,导致高周疲劳裂纹由强度较低的母材起裂并扩展。     

基于数值模拟的弹性—蠕变双材料界面应力分析

利用ABAQUS大型有限元程序,对比分析线弹性和蠕变两种情况下Silicon/epoxy弹性-蠕变双材料界面应力分布问题.分析结果表明,界面边缘处存在严重的剪应力和剥离应力集中;边缘对齐结构的界面剪应力和剥离应力集中要小于边缘不对齐的情况;随着基体厚度增大,界面剪应力和剥离应力均减小;当基体与薄膜的厚度比增大到临界值时,剥离应力将反向,此时剥离应力的绝对值随着厚度比的增大而增大;蠕变会导致界面边缘附近剪应力和剥离应力松弛,且薄膜的蠕变指数和系数越大,蠕变松弛效应越明显,随时间增大,边缘附近界面上的应力逐渐趋近于零.     

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.