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。     

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T型自冲铆接头的剥离性能

对8090铝锂合金(8090)同种及其与镀锌钢异种板材组合的T型自冲铆接头进行了剥离试验,运用SPSS数据分析软件对接头的最大载荷进行了分析,并利用扫描电镜(SEM)对接头断口进行了观察。结果表明:镀锌钢+8090T型接头、8090+8090T型接头、8090+镀锌钢T型接头的最大载荷均值分别为2012.7、1043.9、870.5 N;镀锌钢+8090T型接头起始失效位置断口出现严重的刮擦痕迹,断面比较平坦无明显特征:8090+镀锌钢T型接头的断口形貌为撕裂棱和韧窝特征,是典型的韧性断裂。     

钛合金异质T型自冲铆接头的剥离性能研究

对TA1钛合金板及与1420铝锂合金板(AL1420)、5052铝合金板(AA5052)、镀锌钢板(Q215)和铜合金板(H62)的异质T型自冲铆接头进行剥离试验,观察了各组接头的成形质量。分析了接头的力学性能和能量吸收值。结果表明:自冲铆接技术能够实现TA1异质板材的有效连接,其中TA1-Q215接头的最大剥离载荷高于其余3组接头,TA1-AL1420接头能量吸收性能最优。     

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%。     

钛合金同种自冲铆接头的拉伸与剥离性能

为了分析钛合金(TA1)同种自冲铆单搭和T型两种接头的静力学性能,分别对两种接头进行了拉伸和剥离试验,并通过SEM扫描电镜对两种接头的失效部位的微观形貌进行了观察。结果表明:TA1+TA1的T型接头剥离时所承受最大载荷均值(1211.0 N)小于单搭接头拉伸时所承受最大载荷均值(4706.5 N)。单搭接头和T型接头的主要失效形式皆为下板拉脱使机械内锁失效,且下板皆有不同程度的刮擦损伤痕迹;特别是TA1+TA1单搭接头的铆钉管腿处出现不同程度的断裂,铆钉主要断口微观形貌为典型的沿晶断裂;T型接头下板存在很大的刮擦损伤。     

铝锂合金T型及单搭异种板压印接头力学性能研究

通过剥离和拉伸-剪切试验研究了铝锂合金(1420)和钛合金(TA1)的异种压印T型和单搭接头的力学性能,获得了每组接头的载荷-位移曲线和能量吸收直方图。结果表明,TA1-1420接头的成形质量优于1420-TA1接头;单搭接头失效载荷远大于T型接头,T型接头失效位移远大于单搭接头。因此,TA1-1420接头更适合对承载能力和缓冲抗震要求较高的结构;T型接头更适合小载荷大位移的结构,单搭接头更适合大载荷小位移的结构。     

铝锂合金压印接头拉伸试验及失效机理研究

用压印连接技术制备了1420铝锂合金的单搭接头和T型接头。对单搭接头进行了拉伸-剪切试验,对T型接头进行拉伸-剥离试验。并运用扫描电子显微镜对接头的拉伸断口进行了微观分析。结果表明:T型接头的静拉伸强度和能量吸收值分别为270.4 N和0.9126 J;单搭接头的静拉伸强度和能量吸收值分别为2240.6 N和0.5817 J。两种接头失效模式均为颈部断裂失效。单搭接头断口呈现解理和韧窝形貌,具有韧性断裂和脆性断裂的特征;T型接头断口也呈现解理和韧窝形貌,但为等轴韧窝,且存在大量韧窝形核,为强度较低的韧性断口。     

下板强度对压印接头力学性能的影响

通过接头剥离和拉伸-剪切试验研究了铝锂合金(1420)和钛合金(TA1)同种异种压印T型和单搭接头的力学性能。由试验结果比较可知,低强度下板压印接头的承载能力较高,低强度下板在两种接头的能量吸收值均高于高强度下板。     

镀锌钢板压印接头静态力学性能及失效机理研究

运用压印连接技术制备了镀锌钢板单搭接头和T型接头,对单搭接头进行了拉伸-剪切试验,对T型接头进行了剥离试验。运用MATLAB R2014b软件对试验数据进行了分析,并运用扫描电子显微镜对接头断口进行了微观分析。结果表明:T型接头最大失效载荷均值为834.4 N,单搭接头为2747.8 N。单搭接头能量吸收值为3.324 J,T型接头为18.712 J。单搭接头与T型接头均为颈部断裂失效,两种断口都存在韧性断裂和脆性断裂两种特征。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

1420铝锂合金异种板压印接头力学性能的研究

为了研究1420铝锂合金(1420)与异种材料的压印连接能力,选取TA1合金板、镀锌钢板和H62铜合金板与1420进行异种压印连接试验。对三组接头进行拉伸-剪切试验,得到三组接头的载荷-位移曲线。结果表明:TA1-1420接头的镶嵌量最大为0.2 mm,H62-1420接头的颈部厚度最小为0.34 mm;TA1-1420、H62-1420接头在拉伸-剪切试验中的最大载荷分别为4618.729、3119.3 N;TA1-1420、H62-1420接头的平均能量吸收值分别为9.84、3.865 J。     

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。     

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。     

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%。     

结构胶-自冲铆混合连接剥离性能数值模拟

为研究结构胶-自冲铆混合连接接头的剥离性能及结构胶与自冲铆的相互影响关系,利用ABAQUS软件建立了T型接头数值模拟模型。采用了内聚力模型模拟结构胶损伤,采用了渐进损伤模型模拟铝合金的损伤。对比了剥离试验结果,结构胶-自冲铆混合连接T型接头数值模型预测的能量吸收值误差为3.44%,验证了仿真模型的有效性。对比了结构胶-自冲铆混合连接和自冲铆接的剥离试验力-位移曲线,结果表明:结构胶使自冲铆接T型接头的能量吸收值提高了45.0%。对比了结构胶-自冲铆混合连接和结构胶接的剥离仿真胶层损伤云图,结果表明:自冲铆使结构胶接T型接头的胶层损伤面积得到了有效的降低。     

折弯长度与铆钉数量对T型自冲铆接头静力学性能的影响

为了研究折弯长度及铆钉数量对T型自冲铆接头静力学性能的影响,采用最优铆接参数制备了两铆钉折弯长度分别为20 mm(AAT)和40 mm(DAA),单个铆钉折弯长度为40 mm(SAA)三组5052铝合金T型自冲铆接头。基于拉伸-剥离实验,分析了各组接头的强度、刚度、失效形式以及能量吸收水平。对自冲铆T型接头所受弯矩进行了分析,推导出T型自冲铆接头弯矩计算公式。结果表明:AAT组失效载荷约为DAA组1.1倍,DAA组失效载荷约为SAA组2倍;三组自冲铆接头失效模式分别为:DAA组与SAA组均为铆钉从下板拉脱,AAT组仅有1个铆钉从上板拉脱;DAA组能量吸收值约为AAT组的1.5倍,约为SAA组的1.9倍。