压铸铝与高强度钢自冲铆接成形质量与力学性能的研究

通过铆接接头截面组织分析和剪切、剥离以及十字拉伸试验，对JDA1b和HC340/590DP(JDA)、AlSi10MnMg-T7和HC340/590DP(ALSI)两种压铸铝和高强度钢自冲铆接的成形质量、力学性能以及失效形式进行了研究。结果表明：与JDA组铆接接头相比，ALSI组铆接接头的切底量较小、成形质量较差，随着下层板厚度的增加，两组铆接接头成形质量均有所下降。ALSI组铆接接头相较于JDA组铆接接头，力学性能和能量吸收较弱。随着下层板厚度的增加，在剪切工况和剥离工况中，两组铆接接头的峰值载荷以及能量吸收值均随之减小，而在十字拉伸工况中，两组铆接接头的峰值载荷以及能量吸收值均随之增加，其中ALSI组铆接接头的峰值载荷以及能量吸收值变化更为明显。两组铆接接头的失效形式主要为下层板与铆钉分离，仅有JDA组中下层板厚度为2.0 mm的十字拉伸试样出现了上层板断裂现象。     

铆向组合对双铆钉自冲铆接头力学性能的影响

为探究铆向组合对双铆钉自冲铆接头力学性能的影响,制备不同铆向组合的5组双铆钉自冲铆接头,通过拉伸-剪切试验,分析各组接头的宏观失效形式,并对接头失效断口进行扫描电子显微(SEM)观察,分析其失效机理;同时运用MATLAB对接头的剪切刚度、静失效载荷、失效位移及能量吸收值进行分析。结果表明:铆接方向会影响接头的失效形式及变形程度,从而影响接头的力学性能。窄板双铆钉自冲铆接头的失效模式为板材韧性断裂,宽板接头的铆钉脱离下板。铆向影响窄板接头在弹塑性阶段的剪切刚度,但对宽板接头的刚度无显著影响。对于靠近铆接区自由端处的铆钉,当铆钉脚朝外时,窄板接头的静失效载荷最强,但失效位移、能量吸收值减小;两铆钉铆向相反时,宽板接头可获得更大的静失效载荷和失效位移。     

TA1铆焊复合接头与自冲铆接头力学性能对比

采用铆焊复合连接技术(对TA1进行自冲铆接后,再对其进行电阻点焊)对TA1钛板进行了连接,通过分析TA1铆焊复合接头与自冲铆接头的载荷-位移曲线和宏观失效形式,比较了TA1铆焊复合接头与自冲铆接头在静力学性能、截面成形、失效机理、能量吸收值等方面的不同。结果表明:铆焊复合接头的平均静失效载荷大于自冲铆接头的平均静失效载荷;与自冲铆接头相比,铆焊复合接头中铆钉与板材、板材与板材之间接触更致密;铆焊复合接头的失效形式为铆钉腿被切断,同时伴随下板撕裂,自冲铆接接头的失效形式为铆钉腿被切断;在能量吸收值方面,铆焊复合接头相比自冲铆接头更大。     

钢-钢-铝三层板自冲铆接成形质量及力学性能研究

研究了高强度钢(HC420/780DP)-高强度钢(HC340/590DP)-压铸铝合金(JDA1b和Al Si10MnMg-T7) 3层板预开孔自冲铆接的可行性,并评估了钢板厚度及下层板材料对接头成形质量的影响。通过剪切和十字拉伸试验分析了接头的力学性能,并观察了其失效形式。结果表明:使用上层板预开孔方法能够实现三层板间的自冲铆接;接头切底量随着上层板和中层板厚度的增加而降低,并且中层板厚度对接头切底量的影响更为明显;相比JDA1b压铸铝合金,下层板材料为Al Si10MnMgT7压铸铝合金的接头的切底量更大;接头峰值载荷及能量吸收均随着接头切底量的降低而降低;剪切接头和十字拉伸接头的失效模式均为铆钉与下层板脱离;铝材断裂失效分为脆性断裂和韧性断裂。     

钢铝合金组合板自冲铆接头的力学性能研究

使用铝锂合金板(AL1420)和镀锌钢板(Q215)制备了自冲铆接头。通过对比试验获得了不同组合形式的接头最优铆接参数。通过拉伸-剪切试验研究了接头的静失效载荷及其能量吸收性能,对接头的失效形式及其宏观失效机理进行了分析。结果表明:钢铝合金不同组合形式的自冲铆接接头均能获得良好的成形性。AL1420-AL1420接头静失效载荷最大;Q215-AL1420接头失效位移最大,其缓冲吸震性能最优。钢铝合金组合接头的失效形式均为下板与铆钉分离;且下板材质对接头的综合性能影响较大。     

铆向对双铆钉自冲铆接头拉伸及剥离性能的影响

为了探究铆向对自冲铆接头力学性能的影响,制备了不同铆向组合的双铆钉自冲铆接头。在拉伸-剪切试验后,观察了各组接头的宏观失效形式并分析其失效机理。同时运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行了研究,对接头的能量吸收值进行了计算。结果表明:铆接方向影响接头的失效形式及变形程度,影响接头的力学性能。铆向相反的单搭双铆钉接头具有更优的承载能力,其失效位移为9.2 mm,比同向单搭接头组增大了16.5%。铆向相同的双铆钉T型接头静失效载荷略大于铆向相反的接头组,铆向对剥离测试中接头的失效位移影响不大。铆向相反的单搭双铆钉接头能量吸收均值较铆向相同的单搭双铆钉接头提升16.1%;铆向相同的双铆钉T型接头能量吸收均值达57.1 J,比铆向相反的T型接头提升2.9%。     

粘接剂对铝合金自冲铆接头力学性能的影响

制备了5052铝合金和8090铝锂合金的同质单搭自冲铆接头和同质单搭粘接-自冲铆复合接头。通过静力学试验获得各组接头的静失效载荷,并计算了各组接头的能量吸收值。分析了各组接头的成形质量及宏观失效机理。结果表明:粘接剂(3MDP100)使5052铝合金自冲铆接头静失效载荷增加了2.30%,使8090铝锂合金自冲铆接头静失效载荷降低了5.37%;粘接剂的使用对接头成形质量影响较大,其相对降低了自冲铆接头的能量吸收值;5052铝合金自冲铆接头的失效模式为下板与铆钉分离;8090铝锂合金自冲铆接头的失效模式为下板与铆钉分离,上板靠近铆钉附近地方发生轻微撕裂且下板出现脱层现象;两种复合接头的失效模式均为下板与铆钉分离以及基板与胶层粘接界面的次价键被破坏。     

8090铝锂合金同种异种板自冲铆接头拉伸性能与剥离性能的研究

为了探究8090铝锂合金自冲铆接头的拉伸与剥离性能,本文采用自冲铆接方法对8090铝锂合金(8090)同种及其与铜合金(H62)异种板材组合(8090+8090和H62+8090)进行单搭和T型连接,并对单搭和T型四组接头分别进行拉伸与剥离试验,运用MATLABR2014b软件对所得试验数据进行分析。结果表明:单搭接头拉伸试验的最大载荷均值皆大于材料组合相同的T型接头剥离试验的最大载荷均值。单搭接头能量吸收值皆小于T型接头能量吸收值。     

连接形式与基板厚度对自冲铆接头静力学性能的影响

为了研究连接形式与基板厚度对自冲铆接头静力学性能的影响,制备了双铆钉搭接长度40 mm的5052铝合金自冲铆接头,其中两组拉伸-剥离试样的基板厚度分别为1.5 mm(DAA)和2.0 mm(BBT),一组拉伸-剪切试样的基板厚度为2 mm(DR)。基于准静态力学试验,分析了各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。结果表明:DR组失效载荷约为BBT组的2.8倍,BBT组失效载荷约为DAA组的1.9倍;DR组刚度大于BBT组和DAA组;BBT组弯矩一直大于DAA组。三组自冲铆接头的失效模式为:DAA组、BBT与DR组均为铆钉与上板从下板拉脱,上板两个铆钉头下陷。BBT组能量吸收值约为DR组的1.2倍,约为DAA组的1.9倍。     

预加热对TA1钛合金自冲铆接性能的影响

为探究温度对TA1钛合金自冲铆接性能的影响,在预加热条件下采用钛钛TA1+TA1、钛铝TA1+5052、铝钛5052+TA1这3种组合方式进行自冲铆接试验,对所得的接头进行静态拉伸试验,观察20,100和150℃这3种预加热温度下的接头成形截面和拉伸失效形式。结果表明:不同板料组合下的自冲铆接接头的成形截面不同,随着预加热温度升高,成形截面的底厚逐渐降低。在同一温度下,TA1+TA1接头的静强度最高,上板拉出而失效; TA1+5052接头次之,下板产生断裂失效;5052+TA1接头最低,上板产生断裂失效。随着预加热温度的升高,3种接头的静强度明显下降,但是失效形式不发生明显的变化;在能量吸收值方面,TA1+TA1接头的能量吸收值逐渐下降,TA1+5052、5052+TA1接头的能量吸收值逐渐上升。     

TA1钛合金异种板自冲铆接头剪切-剥离性能研究

采用自冲铆接技术(SPR)对厚度1.5 mm的钛合金(TA1)与1420铝锂合金(1420)以及铜合金(H62)异种板材组合进行了连接试验,并对制成的单搭和T型接头进行了剪切与剥离试验,分析了各组接头的失效模式以及静力学性能。结果表明:单搭接头组的静失效载荷均值明显高于T型接头组,但前者的能量吸收均值小于后者,接头形式及失效模式对能量吸收值有很大影响;TA1钛合金异种自冲铆接头拉伸剪切的失效模式取决于塑性变形后铆钉脚的强度、铆扣强度及下板接头处的材料强度。     

预成角对单搭自冲铆接头强度及能量吸收的影响

通过试验方法研究了预成角对5052铝合金单搭自冲铆接头强度和抗冲击性能的影响.对不同预成角自冲铆接头进行力学性能测试,并用数理统计方法检验试验数据的有效性.从自冲铆成形原理及受力方式解释了接头的失效形式.通过接头失效时能量吸收特性分析了预成角接头的抗冲击性能.试验结果表明:0°预成角自冲铆接头强度最大,但能量吸收最差.随预成角增加,接头失效时位移越大,能量吸收能力有所增强,但承载能力没有显著提高.对比0°预成角不同加载方式,0°载荷保持提高了接头承载能力和能量吸收,有利于改善单搭自冲铆接头承载能力和抗冲击性能.     

泡沫铜夹层对单搭自冲铆接头力学性能的影响

为探究泡沫铜夹层对单搭自冲铆接头力学性能的影响,采用AA5052铝合金作为基板,以单搭形式进行铆接,对比同质AA5052铝合金接头、加入0.5 mm泡沫铜夹层的接头以及加入1.5 mm泡沫铜夹层的接头,通过试验选择各组接头的最优铆接参数,分析了铆接接头截面的成形质量。基于拉伸-剪切试验研究了各组接头的静力学性能及其失效形式,并分析了其能量吸收性能。结果表明,在AA5052自冲铆单搭接头中加入泡沫铜夹层后的接头成形质量更优,接头的钉脚张开度和残余底厚均增大。拉伸-剪切试验过程中,泡沫铜夹层的加入会使板材弯曲变形程度更大,但降低了最大拉伸位移和能量吸收值。0.5 mm泡沫铜组接头载荷下降,1.5 mm泡沫铜组接头载荷上升。0.5 mm泡沫铜夹层可有效防止接头瞬间失效,具有良好的减震缓冲功能。     

粘-铆复合"三明治"结构自冲铆接头的力学性能研究

为了探究粘接剂对"三明治"结构自冲铆接头性能的影响,制备了"三明治"结构的自冲铆接头和粘-铆复合接头,观测了接头的成形特征并分析了其成形机理。通过拉伸-剪切试验和剥离试验研究了接头的刚度、静失效载荷及能量吸收能力。结果表明:泡沫镍夹层可增大"三明治"结构自冲铆接头的钉脚张开度;粘接剂的润滑作用减小复合"三明治"结构接头的残余底厚和钉角张开度,粘铆复合接头的失效位移和能量吸收值降低;粘接剂使单搭接头的抗剪刚度和静失效载荷分别提高54.6%和27.5%,同时使十字接头的拉压刚度提高115.5%。     

铸铝自冲铆接接头裂纹扩展行为研究及仿真预测北大核心CSCD

为了研究铸铝在自冲铆接工艺中的裂纹扩展行为,以5754铝板和Aural2铸铝为搭接组合的自冲铆接接头为研究对象,通过中断试验近似还原了接头剖面裂纹产生的位置和裂纹形貌,讨论了自冲铆接过程中接头内部铸铝材料的裂纹扩展机制,并进行了仿真分析,开展了几何形貌和裂纹预测。结果表明,铸铝自冲铆接接头裂纹产生的位置主要有两处:一处位于自冲铆接接头底面与模具接触一侧,裂纹在铆钉刚接触下板时产生,随着铆钉压入而增多;另一处位于铆钉钉腿与上下板形成互锁处的下板铸铝材料上,裂纹在形成互锁过程中产生,随着铆钉下压不断增长。建立的基于GISSMO损伤失效的铆接仿真模型,仿真结果的形貌轮廓与试验剖面的几何形貌一致,单元损伤与接头裂纹一致,可以对接头剖面几何形貌和裂纹位置进行准确预测。     

钛合金自冲铆接头力学性能优越性研究

为了研究钛合金自冲铆接头力学性能的优越性,以TA1钛合金自冲铆(ST)接头为对象,以5052铝镁合金(SAB)、1420、8090铝锂合金(SAA、SAC)和Q215合金钢(SQ)自冲铆接头为参照,依据静力学试验结果对比分析了ST接头成形质量、静失效载荷、能量吸收值,并用扫描电子显微镜对接头静载失效进行了研究。结果表明:ST接头拥有优异的成形质量,钉头高度为0.02 mm,钉脚张开度为0.88 mm,残余底厚适中;钛ST接头拥有最高静失效载荷(6232.3N);ST接头能量吸收均值最高(24.9 J);ST接头静载失效形式为铆钉断裂,其断口呈脆性断裂特征。     

粘接剂对TA1钛合金异质板T型自冲铆接工艺影响研究

制备了TA1钛合金板与5052铝合金板或Q215镀锌钢板的异质T型自冲铆接头和异质T型粘接-自冲铆复合接头。通过剖面直观观察了接头成形质量,分析了宏观失效机理。基于剥离实验对比了各组接头的最大剥离载荷均值及能量吸收性能。结果表明:粘接剂(3M-DP460)对自冲铆接头成形质量影响较大,其大大提高了T型自冲铆接头的缓冲吸震能力;粘接剂对TA1-5052T型自冲铆接头失效形式无影响,但其改变了TA1-Q215T型自冲铆接头混合失效形式的分布;与TA1-5052T型自冲铆接头相比,其复合接头的最大剥离载荷均值降低了1.2%,粘接剂使TA1-Q215T型自冲铆接头的最大剥离载荷均值降低了6.1%。     

铝钛异种薄板冷连接工艺及力学性能研究北大核心CSCD

采用5A06铝合金和TA1钛合金薄板进行自冲铆接、拉铆连接和无铆连接,并进行拉伸试验分析接头的力学性能差异。结果表明:自冲铆接头的整体力学性能最优,拉铆接头次之;搭接顺序对自冲铆接头无明显影响;当5A06铝合金板作为上板时,拉铆接头的静力学性能较好,当TA1钛合金板为上板时,无铆接头的静力学性能较好。自冲铆接头的失效形式主要为铝板拉断且断口处有大量韧窝;拉铆接头的失效形式与薄板搭接顺序有关,铝-钛搭接时接头的失效形式为铝板拉断,钛-铝搭接时接头的失效形式为铝板拉脱;无铆接头的失效形式较为统一,均为颈部断裂失效。     

粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响

为探究粘接剂对三明治结构自冲铆接头力学性能的影响,制备了三明治结构的自冲铆接头和粘-铆复合接头,通过拉伸-剪切试验研究接头的静失效载荷、失效位移、抗剪刚度及能量吸收能力,分析接头的失效形式及其宏观失效机理,运用MATLAB对接头的静失效载荷和失效位移进行分析。结果表明:泡沫镍夹层可增大三明治结构自冲铆接头的钉脚张开度;粘接剂减小了粘-铆复合三明治结构接头的残余底厚量和钉角张开度,但使接头的抗剪刚度和静失效载荷分别提升了35.5%和30.8%;粘-铆复合三明治接头的失效形式为下板铆接区域板料粘附于铆钉腔内,并随铆钉脱离下板;同时,粘接界面上的次位键断裂。     

腐蚀环境下自冲铆接头竞争失效机制及力学性能分析

为研究腐蚀环境下自冲铆接头失效模式的转变机理和力学性能特征,采用0.6 mol/L的NaCl溶液对多组自冲铆接头进行周浸腐蚀试验,通过力学测试和扫描电子显微镜对接头的力学性能及失效模式进行分析. 结果表明,异质接头的失效模式随腐蚀周期延长由 Ⅰ 向 Ⅲ 转变,转变速率取决于接头材质,同质接头的失效模式不受腐蚀周期的影响. 短期腐蚀下,搭接区板间腐蚀产物使得同质和异质接头失效载荷均有所上升;异质接头上升幅度较大,腐蚀后期其失效载荷较同质接头损失严重. 异质接头稳定性较差,凸模制备的同质组合接头较平模稳定性好. 异质接头电化学腐蚀剧烈,下板铆接点底部材料的脱落由应力集中所产生的撕裂纹所致.