搭接长度对钛合金-芳纶纤维复合材料单搭接接头胶接性能的影响

采用钛合金与芳纶纤维复合材料制备不同搭接长度的单搭接接头。利用数字图像相关技术（DIC）、万能试验机等表征方法,对接头拉伸应变与极限载荷进行表征,研究了搭接长度对异质材料单搭接接头胶接性能与破坏模式的变化规律。结果表明,随着搭接长度的增加,单搭接接头极限载荷提升,胶接强度降低,高搭接长度接头出现渐进损伤;偏心弯矩引起的接头偏移减少,搭接部位纵向应变区域面积占比降低;芳纶纤维复合材料层间破坏模式增多,钛合金?胶层界面破坏模式减少,剥离复合材料层数增加。     

钛合金‑芳纶纤维复合材料单搭接胶接接头渐进破坏分析

采用芳纶纤维复合材料与钛合金制备单搭接胶接连接实验件。利用万能实验机、DIC、应变采集系统等手段,对胶接接头的极限载荷、应变场、应变分布和破坏模式进行表征,分析了拉伸载荷下胶接接头的应变分布规律和复合材料层合板刚度折减规律,探究了异质材料单搭接胶接接头的破坏过程。结果表明,胶接接头破坏模式为搭接接头两端胶层界面破坏,中间部位复合材料层间破坏。接头破坏过程为渐进破坏,受载时复合材料端头产生较大的剪切应变,裂纹在此处萌生,并不断向钛合金端头扩展,扩展部位复合材料层合板刚度不断折减,直到搭接面积过小胶层突然发生界面破坏。     

Ti-AFRP胶接接头失效过程实验和仿真分析

制备搭接长度为60 mm的钛合金-芳纶纤维编织复合材料单搭接接头,利用DIC、万能试验机等对接头极限载荷与拉伸应变进行表征,同时采用VUMAT子程序模拟芳纶纤维编织布层内损伤和演化,使用Cohesive Zone Model模拟胶层和层间失效.将试验和仿真方法相结合,研究钛合金和芳纶纤维编织复合材料胶接接头表面和内部应...     

复合材料胶接单搭接连接强度与失效模式研究

以Tserpes失效准则及其材料性能退化准则为基础,利用ANSYS建立几何模型进行有限元分析,针对模型进行相应的试验验证,以探究各参数对复合材料胶接单搭接连接强度的影响,并得到不同参数下的胶接失效模式。结果表明:复合材料与复合材料单搭接的强度高于钛合金与复合材料单搭接的强度;随着胶接长度、胶接宽度的增大,胶接接头的连接强度呈现先增大后减小的趋势;同时发现,在静拉伸过程中,钛合金与复合材料单搭接的失效模式主要为胶层的粘附破坏,复合材料与复合材料单搭接的失效模式主要为混合破坏,表现为复合材料紧邻胶层的第一层和第二层发生铺层基体开裂与分层破坏,同时胶层发生部分粘附破坏。     

碳纤维复合管-铝合金胶接接头拉伸性能研究

以直径为80 mm,壁厚为1 mm的碳纤维复合管-Al合金胶接接头为研究对象,通过整体拉伸试验比较了不同胶接长度、胶层厚度、外加紧固件对接头破坏载荷的影响。结果表明:胶接面的破坏载荷随着胶接长度的增大先增大后减小,随着胶层厚度的增大而降低。随着胶接长度和厚度的增加,胶接面由复合材料分层破坏和部分胶层的剪切破坏转向胶接界面剥离破坏。在胶接面上施加紧固件能够抵消部分附加弯矩引起的剥离应力,从而提高接头的破坏载荷。胶接长度为100 mm,胶层厚度为0.01 mm～0.02 mm,施加三条非均布紧固件的胶接面能够承受最大为255 kN的破坏载荷。     

CFRP与铝板胶螺混合连接结构拉伸性能研究

基于三维渐进损伤理论,建立了复合材料层合板-铝板双搭接胶接连接、螺栓连接、胶螺混合连接结构拉伸强度预测模型,数值仿真结果与试验高度吻合,验证了所建模型的可行性。在此基础上,探究了搭接宽度、搭接长度、胶层厚度、接触面摩擦系数和螺栓个数等参数对胶螺混合连接结构拉伸性能的影响。结果表明:随着搭接宽度和搭接长度的增加,接头失效载荷先逐渐增加后趋于稳定,最优搭接宽度和搭接长度为30 mm和35 mm;胶层厚度对混合连接结构的拉伸失效载荷基本没有影响;胶螺混合连接结构中螺栓接头和层合板之间、螺栓与孔之间的摩擦系数越大,连接结构的拉伸失效载荷越大;在搭接区域相同的情况下,双钉混合连接结构的拉伸失效载荷比单钉的拉伸失效载荷提高了69%。     

胶层Ⅰ/Ⅱ型断裂破坏内聚单元参数的确定和应用

建立了铝合金板单搭接胶接接头的三维弹性有限元模型,通过与G-R解析模型的胶层剪应力和剥离应力分布对比分析,验证了有限元模型的有效性。经有限元仿真拟合铝合金板单搭接胶接接头静拉伸试验的载荷-位移曲线,获得了胶层Ⅰ/Ⅱ型混合失效模式下内聚力单元的断裂参数值和胶层渐进破坏的过程,将胶层内聚力单元断裂参数值应用于含双裂纹复合材料胶接修补结构中,预测了修补结构的静拉伸强度。结果表明,有限元模型预测的剩余强度与实验值的相对误差为3.8%,因此运用内聚力单元仿真胶层的方法是有效的,并为复合材料胶接修补结构的承载能力分析提供了有力的依据。     

热-力载荷下复合材料/金属双面胶接接头界面力学模型

在温度和静拉伸载荷共同作用下,考虑胶层的材料非线性,建立了复合材料/金属双面胶接接头界面的力学分析模型,推导出弹性响应和塑性响应下胶层剪应力的分段表达式,使用胶层最大剪应变失效准则计算出胶层主导破坏的结构极限载荷,并与有限元数值结果进行对比和验证。分析表明,双面胶接接头应力分析理论模型与相关简化假设正确、合理。在此基础上,研究了复合材料/金属双面胶接接头在热-力载荷下的胶层剪应力分布特点、破坏模式和失效机理,为胶接结构的承载能力分析及结构改进设计提供理论依据。     

胶接面纤维铺层角度对复合材料胶接应力和强度影响分析

为研究复合材料胶接面铺层对接头强度的影响,以单搭接接头为研究对象,通过铺层设计使接头的被粘物具有相同的拉伸模量和弯曲模量,但胶接面的铺层角度不同,使用有限元法对不同铺层的接头进行建模,分析接头胶接面和胶层的应力,引入Tsai-Wu失效因子对胶接面铺层进行评估。结果表明:胶接面铺层角度对应力分布有一定影响,0°胶接面会造成较大的胶层应力,但胶接面的应力和失效因子较小;90°铺层下胶层应力最小,但胶接面的应力和失效因子水平较高;45°下胶接面的失效因子和胶层应力水平介于两者之间。通过与实验结果对比,得出了胶接面铺层角度影响接头强度及破坏模式的一般性规律。     

旋翼调整片粘接强度分析与影响因素研究

详细分析了旋翼调整片粘接剥离破坏过程和应力分布变化,并研究了粘接宽度和胶层厚度对粘接强度的影响。使用共固化制备相应的粘接试样,通过剥离试验得到接头的破坏模式及载荷-位移曲线。研究结果表明:接头有限元数值分析结果与试验相契合,接头破坏形式为调整片粘接界面的破坏,破坏为从左向右和由边向中逐渐发生失效;粘接强度随胶接宽度的增加而提高,但增长速度逐步变缓,80 mm为较优搭接宽度值;粘接强度受胶层厚度影响较小,增加厚度时粘接强度先缓慢增加后下降。     

钢-玻璃单端面胶接接头剪切受力的几何参数分析

采用单端面拉伸剪切试件进行试验,模拟了钢-玻璃组合I形梁胶接接头的受力特性,观察了结构胶的破坏模式和局部破坏现场,测定了硅酮结构胶剪切力学性能随着胶接长度、厚度和宽度的变化规律。研究结果表明:当胶接长度为30 mm时,易受剥离作用的影响,当胶接长度大于30 mm时,剥离作用可忽略不计;随胶接长度的增加,接头的极限承载力线性增加,承载力提高的梯度约8.75 N/mm,而极限位移变化不大;随着胶接厚度的增加,接头的极限承载力以约41 N/mm的梯度线性降低,而极限位移以约2.6 mm/mm梯度线性增加;随胶接宽度的增加,接头的极限承载力显著提高。     

力和介质共同作用对环氧胶接接头老化行为的影响

为了考察外加载荷和介质共同作用对环氧胶接接头老化寿命的影响,在常温条件下将环氧胶接接头浸泡在不同介质中,然后固定在拉力机上分别施加500N、1000N、2000N的外加载荷,研究了环氧胶接接头在不同大小载荷和不同介质作用下的老化寿命变化规律.结果表明,所施外加载荷越大其寿命越短;在相同载荷作用下,铝合金环氧接头在介质中的失效时间顺序为:5%氯化钠溶液＜水,而对于钛合金环氧接头在介质中的失效时间顺序为:10%HCl＜10%H2SO4＜10%NaOH(wt).     

复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏声发射监测

利用声发射技术实时监测复合材料胶接头Ⅱ型加载损伤破坏的全过程,研究了不同胶接长度的复合材料胶接头破坏的力学性能以及声发射信号响应特征。结果表明,界面破坏是复合材料胶接头的主要破坏模式,胶层边缘的应力集中导致整个胶层的破坏。缺胶缺陷降低了复合材料胶接头的承载能力。声发射信号的相对能量、幅度和撞击累计数与试件损伤破坏的过程相对应,因此,声发射信号的动态特征可为风电叶片胶接头的无损检测和健康监测提供依据。     

循环加载下复合材料胶接面变形与破坏实验研究

复合材料胶接结构损伤变形和演化行为的实时表征对其服役的安全性和可靠性评估具有重要的意义。结合数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")和声发射(Acoustic Emission,简称"AE")技术,研究循环拉伸加载条件下复合材料单搭接界面的损伤变形与破坏行为。依据单向拉伸失效载荷均值,取准静态破坏载荷的70%和80%分别进行循环拉伸加载实验。通过不同阶段复合材料胶接界面的损伤变形场、应变场信息及演化过程中获取的AE信号,分析循环加载下复合材料单搭接界面损伤破坏的力学机制与实时变形和AE特征信号的对应关系。结果表明,复合材料单搭接试件损伤破坏的实时微位移场特征和AE相对能量、撞击累积数及幅度谱等反映了胶接界面微裂纹的萌生及扩展行为。随应力水平的升高,复合材料单搭接试件破坏前的循环次数呈递减趋势。     

三维编织复合材料胶接接头力学性能试验研究

为了比较三维编织复合材料阶梯型和嵌套式搭接接头的胶接修复效果,对搭接长度相同的两种接头进行了拉伸和弯曲力学性能研究。通过实验得到两种接头及完好试件的载荷-位移曲线,对比了修补后的试件强度与完好试件的强度,得到了接头试件的修复效率,并分析和总结了拉伸与弯曲试验试件的损伤过程及损伤形貌。实验结果显示:阶梯型胶接接头拉伸载荷作用下的修复率为37.75%,弯曲载荷作用下的修复率为66.25%;嵌套式胶接接头拉伸载荷作用下的修复率为18.97%,弯曲载荷作用下的修复率为21.44%。对比试验结果得出阶梯型胶接接头力学性能较好。     

芳纶Ⅲ纤维及其混杂碳纤维复合材料的压缩性能研究

对比研究了芳纶Ⅲ纤维复合材料、芳纶Ⅲ纤维/T800碳纤维混杂复合材料、T800碳纤维复合材料单向板压缩性能,以及三种状态下缠绕的150 mm容器轴压性能。结果表明:混杂复合材料压缩强度和模量随混杂比(VCF)的增大而增加,当VCF为28.5%时,混杂复合材料单向板压缩强度比芳纶Ⅲ纤维复合材料提高57%,压缩模量提高20.9%;混杂复合材料150mm容器(VCF=46%)轴压破坏载荷达到138.6 k N,比芳纶Ⅲ纤维复合材料150 mm容器的轴压破坏载荷提高18.5%,但仍为混杂负效应。     

不同胶厚对硬聚氯乙烯板搭接强度的影响

为验证不同胶层厚度对硬质聚氯乙烯(PVC)板材单搭接接头强度的影响,对不同胶层厚度的单搭接板材件进行拉伸-剪切载荷试验,确认胶层厚度会影响搭接接头的粘接效果,且胶层厚度由0.2 mm增加到2 mm时,搭接件能承受的最大应力由3.59 MPa减小至2.51 MPa;通过有限元仿真得出,当胶层的厚度由0.2 mm增加到2 mm时,搭接件能承受的最大应力由3.32 MPa减小到2.59 MPa;实验与仿真均得出了随着胶层厚度增加,搭接强度变弱的结果。对不同胶层厚度的搭接板材进行仿真,得出最大应力均出现在胶层的边缘位置,因此胶层边缘位置容易先发生破坏;与无胶瘤时相比,胶瘤的存在能减少胶层边缘处的应力集中现象。与无胶瘤的搭接板材件相比,胶瘤存在时的搭接板材件强度提升了20%,胶瘤的存在显著增加了搭接的强度性能。仿真结果与实验结果相比较,误差在10%内,仿真模型有较好的准确度。     

复合材料胶接修补结构疲劳性能的数值和试验研究

为研究室温下复合材料胶接修补结构的疲劳性能,以三维渐进损伤理论为基础,创建了复合材料胶接修补模型,利用材料损伤判断子程序实现对修补结构的静拉伸失效载荷及剩余强度的预测分析,并进行了相关试验的对比分析。采用5种不同尺寸的圆形补片来评价修补效果,并利用超景深仪对修补试件的疲劳损伤扩展模式进行微观测量。结果表明:静载拉伸中,尺寸为3.5r的修补结构承载能力最好;疲劳循环中,尺寸为2.5r的修补结构剩余强度提升效果最好;疲劳载荷下,当循环次数较低时,修补结构的主要损伤为基体开裂,而随着循环次数的增大,主要损伤为纤维断裂。     

铝合金表面阳极化处理及其胶接性能分析

采用磷酸电解质对铝合金板进行了阳极化处理并测试了其胶接性能,测试了阳极化过程中铝合金板的基本力学性能,观察了阳极化处理后的铝合金板的表面形貌,分析了阳极化处理后铝合金粘接副的胶接界面、拉伸剪切失效模式.结果表明,铝合金板经过酸洗、碱洗和阳极化等过程后,其破坏强度、屈服强度、弹性模量和断裂延伸率等力学性能基本保持不变.阳极化后铝合金板表面形成了一层凹凸不平、多孔结构氧化膜,胶接时胶黏剂能渗透进入该氧化膜,形成一层胶接过渡层,阳极化处理提高了铝合金粘接副之间的拉伸剪切强度,其拉伸剪切强度最大可提高1.76倍.阳极化处理后的铝合金板粘接副之间的破坏模式为混合破坏,即存在胶黏剂的剪切破坏,同时存在粘接界面的剥离破坏.     

补片形状对复合材料胶接贴补修补影响的预测与试验研究

为研究复合材料胶接贴补方法的修补性能,对胶接结构开展了准静态拉伸试验,研究了室温下T9001复合材料胶接修补结构的静拉伸载荷-位移行为。以三维逐渐损伤理论为基础,创建了复合材料胶接修补模型,利用APDL语言实现对不同补片形状的胶接修补结构在静拉伸载荷作用下的最终失效载荷的预测分析。同时,进行相关试验,测得的胶接修补结构的失效载荷与预测结果吻合较好。结果表明,正放的方形补片的修补效果最佳。最后利用X光机对胶接修补结构的最终损伤模式及损伤范围进行了检测,试验结果与计算预测结果较吻合。